基于節(jié)點(diǎn)活躍度的命名數(shù)據(jù)自組網(wǎng)包轉(zhuǎn)發(fā)策略

中圖分類號(hào)：TP393.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1000-582X（2025）08-067-11

doi：10.11835/j.issn.1000-582X.2025.08.006

Node activeness-based packet forwarding strategy for named data mobile ad hoc network

LAI Junyula，ZHU Junhongl，ZHENG Xiaohuila，LIU Zhela，XIAO Han2 （la.School of Aeronautics and Astronautics; 1b.School of Computer Science and Engineering， University of Electronic Science and Technology of China， Chengdu 611731，P.R. China;2. Institute of Computational Aerodynamics， China Aerodynamics Research and Development Center， Mianyang，Sichuan 6210o，P.R.China）

Abstract： To enhance the quality of service （QoS） in named data mobile ad hoc network （NDMANET），this paper proposes a novel node activeness-based packet forwarding （NAPF） strategy designed to mitigate performance degradation caused by the network’s time-varying topology. The proposed NAPF strategy periodically calculates andupdates the activeness levels of all participating nodes，prioritizing nodes with higher activeness for forwarding and caching interest and data packets.A simulation platform is developed using the open-source NS-3/ ndnSIM framework to conduct comparative performance evaluations among default flooding，shortest path routing，and the proposed NAPF strategy. Experimental results indicate that in medium-to high-mobilityscenarios， the NAPF strategy significantly reduces average request delay，improves response ratios，and decreases bandwidth consumption， with only a modest increase in node storage usage.

Keywords： named data mobilead hoc network （NDMANET）； forwarding strategy;node activeness; network simulation; quality of service（QoS）

命名數(shù)據(jù)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（named data mobile ad hoc network，NDMANET），它是以信息中心網(wǎng)絡(luò)（information centric networking，ICN）中最具代表性的命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（named data networking，NDN）技術(shù)與傳統(tǒng)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)（mobile ad hoc network，MANET）為基礎(chǔ)，融合形成一種全新的自組織網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。NDMANET可有效緩解基于TCP/IP協(xié)議簇的無(wú)線移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)中一系列問(wèn)題，主要包括：高丟包率、高誤碼率、建立通信路由持續(xù)時(shí)間短和頻繁中斷等。原因主要有以下幾方面：1）傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)依靠IP地址來(lái)標(biāo)識(shí)和定位網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（包括主機(jī)和路由器），構(gòu)建節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的連接路由，實(shí)現(xiàn)面向連接（connection-oriented）和盡力（best-effort）交付的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。然而，MANET網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)具有移動(dòng)性，其位置可能持續(xù)動(dòng)態(tài)變化，無(wú)法依靠IP地址對(duì)其準(zhǔn)確定位。因而，在低動(dòng)態(tài)場(chǎng)景應(yīng)用廣泛的TCP/IP協(xié)議并不適合中高動(dòng)態(tài)MANET應(yīng)用場(chǎng)景;2）ICN是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的重要組成部分，作為其典型實(shí)現(xiàn)，NDN技術(shù)采用\"接收者驅(qū)動(dòng)\"模式，實(shí)現(xiàn)異步通信，無(wú)須建立和維護(hù)節(jié)點(diǎn)之間連接。此外，NDN引人了網(wǎng)絡(luò)緩存技術(shù)，顯著提高每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)無(wú)線信道的利用效率，因此，該方法可有效減少無(wú)效請(qǐng)求的數(shù)量，同時(shí)縮短接收請(qǐng)求內(nèi)容的等待時(shí)間。低時(shí)延、高穩(wěn)定的通信鏈路能顯著提升系統(tǒng)的任務(wù)執(zhí)行效率，同時(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)的整體可靠性和魯棒性[2]。對(duì)于中高動(dòng)態(tài)MANET場(chǎng)景，例如應(yīng)急救災(zāi)場(chǎng)景與無(wú)人機(jī)蜂群場(chǎng)景，NDN協(xié)議比IP協(xié)議更能滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)膽?yīng)用需求。目前，許多研究人員正在探索使用NDN技術(shù)來(lái)構(gòu)建各種移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)，例如普通的移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)、軍事領(lǐng)域的MANET和汽車自組織網(wǎng)絡(luò)[4]（vehicularadhocnetworks，VANET）。

隨著NDMANET技術(shù)的發(fā)展，該研究方向受到越來(lái)越多研究者關(guān)注，有效的路由轉(zhuǎn)發(fā)策略能大幅提高網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量。洪泛（flooding）策略[和最短路徑路由（shortest path routing）策略是NDMANET使用的信息包轉(zhuǎn)發(fā)策略，其對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性起著至關(guān)重要作用。這些轉(zhuǎn)發(fā)策略是基于先前在有線網(wǎng)絡(luò)中的ICN/NDN實(shí)踐而來(lái)，尚未充分優(yōu)化以適應(yīng)高度動(dòng)態(tài)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)鏈路和拓?fù)涮攸c(diǎn)，還有性能改進(jìn)的潛力。為提高NDMANET網(wǎng)絡(luò)的性能，參考容斷/容延網(wǎng)絡(luò)（delay/disruption tolerant network，DTN）中的“節(jié)點(diǎn)活躍度（node activeness）\"理念，將其融入NDMANET的路由轉(zhuǎn)發(fā)策略，應(yīng)對(duì)頻繁鏈路中斷和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓忍魬?zhàn)。該策略依照定期監(jiān)測(cè)各節(jié)點(diǎn)的活躍度，將其分高低2檔，僅使用活躍度高的節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)信息包，提高包轉(zhuǎn)發(fā)效率，減少傳輸無(wú)效信息帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)帶寬浪費(fèi)?？偟膩?lái)說(shuō)，貢獻(xiàn)可總結(jié)為以下3個(gè)方面：

1）筆者創(chuàng)造性給出了一種基于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)活躍度的信息包轉(zhuǎn)發(fā)策略。這一技術(shù)具有良好的兼容性，只需要把節(jié)點(diǎn)活躍度信息增添進(jìn)原生信息包中，不需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)做出調(diào)整；

2）通過(guò)開(kāi)發(fā)基于NS-3/ndnSIM的轉(zhuǎn)發(fā)策略仿真測(cè)試程序，可有效評(píng)估NDMANET網(wǎng)絡(luò)中不同類型包轉(zhuǎn)發(fā)策略的性能，更好地實(shí)現(xiàn)高效傳輸；

3）研究對(duì)經(jīng)典的flooding策略、shortest path routing策略及筆者提出的策略進(jìn)行性能比較，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果得到，MANET環(huán)境的動(dòng)態(tài)水平偏中上時(shí)，提出的策略通過(guò)適度提升節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)容量，維持較低的平均請(qǐng)求延遲，提高請(qǐng)求響應(yīng)率，降低網(wǎng)絡(luò)帶寬的消耗。

1背景

概述基于NDN協(xié)議的MANET，另外介紹NDMANET的2種常用轉(zhuǎn)發(fā)策略，最后探討信息包傳輸技術(shù)面臨的困難和挑戰(zhàn)。

1.1基于NDN協(xié)議的MANET

MANET是典型的對(duì)等無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)，很容易遭受無(wú)線環(huán)境中頻道衰減和陰影等環(huán)境因素的干擾。目前，“數(shù)據(jù)鏈路層（OSI模型的L2層）\"提供了介質(zhì)訪問(wèn)控制（medium access control，MAC）策略，可完成CSMA/CA和TDMA2種方法的傳輸，防止在無(wú)線信道上發(fā)生沖突，提高系統(tǒng)的可靠性。MANET的“網(wǎng)絡(luò)層（OSI模型的L3層）\"通常使用IP協(xié)議為主，盡管它在固定網(wǎng)絡(luò)中取得巨大成功，但在適應(yīng)高動(dòng)態(tài)性MANET應(yīng)用場(chǎng)景時(shí)存在局限性。首先，基于IP協(xié)議的MANET是一種主機(jī)中心網(wǎng)絡(luò)（host-centric network，HCN），其中IP地址是節(jié)點(diǎn)的身份標(biāo)識(shí)符，用來(lái)定位節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械奈恢?。然而，?dāng)MANET節(jié)點(diǎn)脫離自組織網(wǎng)絡(luò)時(shí)，其位置無(wú)法被定位，原本建立的通信路徑也會(huì)隨之中斷。此外，為了保持節(jié)點(diǎn)間的關(guān)聯(lián)性并實(shí)時(shí)更新位置，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)需要生成大量的控制信令，這種機(jī)制會(huì)大幅消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬資源，增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)載，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降。同時(shí)，MANET基于IP協(xié)議的“發(fā)送方觸發(fā)”傳輸方式，可能無(wú)法充分利用發(fā)送方及路徑中繼節(jié)點(diǎn)的信道資源，難以構(gòu)建反映網(wǎng)絡(luò)全局狀態(tài)的最優(yōu)轉(zhuǎn)發(fā)路徑，限制了IP協(xié)議在MANET中的高效應(yīng)用。

1.2NDMANET常用轉(zhuǎn)發(fā)策略介紹

當(dāng)前NDMANET中廣泛采用的包轉(zhuǎn)發(fā)策略主要包括洪泛策略和最短路徑路由策略。

1.2.1 洪泛策略

洪泛策略是一種在NDMANET中常見(jiàn)的數(shù)據(jù)傳輸方法，核心是通過(guò)廣播方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳播。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)需要特定數(shù)據(jù)時(shí)，它會(huì)生成一個(gè)興趣包（interest packet），在興趣包中包含所需要數(shù)據(jù)的名稱，通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)廣播給鄰近節(jié)點(diǎn)。收到興趣包的鄰居節(jié)點(diǎn)會(huì)解析包中的信息，判斷是否需要轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)。若需要，則繼續(xù)廣播興趣包;若不需要，則直接丟棄。這一過(guò)程會(huì)在網(wǎng)絡(luò)中不斷重復(fù)，直到興趣包到達(dá)包含目標(biāo)數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)。目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在接收到興趣包后，會(huì)生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)包，將其返回給最初發(fā)出興趣包的節(jié)點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)漭^為穩(wěn)定的情況下，洪泛策略能夠快速、高效定位所需要數(shù)據(jù)。然而，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)具有較高動(dòng)態(tài)性時(shí)，為適應(yīng)拓?fù)渥兓d趣包的傳播次數(shù)可能顯著增加，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞和帶寬資源浪費(fèi)。

1.2.2最短路徑路由策略

在NDMANET中，最短路徑路由策略類似于洪泛策略，但引入了距離值的考量。當(dāng)一個(gè)用戶節(jié)點(diǎn)需要發(fā)送數(shù)據(jù)包到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)時(shí)，它首先廣播一個(gè)興趣包，包含了額外信息用于計(jì)算與中繼節(jié)點(diǎn)的距離值（consumer distance，cd）。生產(chǎn)者節(jié)點(diǎn)接收興趣包后，在生成的數(shù)據(jù)包中插人距離值，而中繼節(jié)點(diǎn)在接收數(shù)據(jù)包后，提取出自身到生產(chǎn)者節(jié)點(diǎn)的距離值（producer distance，pd）和生產(chǎn)者到用戶節(jié)點(diǎn)的最短距離（minimumdistance，md）。然后，中繼節(jié)點(diǎn)根據(jù)不等式 cd+pd?md 判斷是否繼續(xù)傳輸數(shù)據(jù)包，以選擇最佳路徑。這種策略有助于提高網(wǎng)絡(luò)效率，減少冗余傳輸，有效管理數(shù)據(jù)在無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。在大多數(shù)NDMANET網(wǎng)絡(luò)中，包轉(zhuǎn)發(fā)策略通常未充分考慮到MANET網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)，為提高網(wǎng)絡(luò)性能，引人一種創(chuàng)新性概念，即“節(jié)點(diǎn)活躍度”。

2 研究現(xiàn)狀

對(duì)于MANET網(wǎng)絡(luò)中具有移動(dòng)特點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾?huì)實(shí)時(shí)變化，網(wǎng)絡(luò)鏈路會(huì)頻繁中斷，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)高丟包率、高誤碼率和高延遲，嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)性能。近年來(lái)，也有學(xué)者提出了分簇式協(xié)議，但是分簇式協(xié)議對(duì)簇首節(jié)點(diǎn)的依賴大、耗能高，無(wú)法完全解決基于IP協(xié)議的MANET網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題。NDMANET是一種將NDN技術(shù)與MANET網(wǎng)絡(luò)融合的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，繼承了基于NDN固網(wǎng)場(chǎng)景的包轉(zhuǎn)發(fā)策略。目前，主要的興趣包和數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)策略可以分為2類：一種是盲目轉(zhuǎn)發(fā)策略，它們不考慮網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錉顟B(tài);另一種是感知轉(zhuǎn)發(fā)策略，它們依賴于采集相鄰節(jié)點(diǎn)信息或通信路徑信息，下面對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)介紹。

盲目轉(zhuǎn)發(fā)策略是一種與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錈o(wú)關(guān)、無(wú)須維護(hù)路由信息的策略。當(dāng)前主要的盲目轉(zhuǎn)發(fā)策略包括：默認(rèn)洪泛、智能洪泛和定時(shí)器等待[等。默認(rèn)的洪泛策略采用了多跳中繼和廣播方法，，把原始數(shù)據(jù)包傳遞給所有能到達(dá)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以達(dá)到最高限度的數(shù)據(jù)傳送。盡管這種方法具備更多信息傳輸路徑，但同時(shí)也容易引發(fā)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的廣播風(fēng)暴，占用和浪費(fèi)大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源。智能洪泛策略通過(guò)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)接口狀態(tài)以改進(jìn)包轉(zhuǎn)發(fā)策略性能，但這種策略依然會(huì)帶來(lái)較重網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗。定時(shí)器等待策略在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)內(nèi)為各發(fā)送端口設(shè)置隨機(jī)等待時(shí)延，降低其產(chǎn)生廣播風(fēng)暴的幾率，但依然無(wú)法解決冗余信息的傳輸問(wèn)題。Wang 等[]直接使用基本洪泛轉(zhuǎn)發(fā)策略實(shí)現(xiàn)MANET中興趣包的轉(zhuǎn)發(fā)，用戶節(jié)點(diǎn)可以在無(wú)線開(kāi)放信道中直接以廣播方式，洪泛興趣包直至在生產(chǎn)者節(jié)點(diǎn)或中繼節(jié)點(diǎn)上發(fā)現(xiàn)所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包，而生產(chǎn)者節(jié)點(diǎn)或中繼節(jié)點(diǎn)則可以依據(jù)其PIT表所記錄的興趣包接收端口信息，將此數(shù)據(jù)包反饋給用戶節(jié)點(diǎn)。此策略復(fù)雜度低、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但由于興趣包和數(shù)據(jù)包傳輸冗余路徑多，易造成相鄰節(jié)點(diǎn)間的信道沖突和競(jìng)爭(zhēng)，降低帶寬的有效利用率。因此，盲目轉(zhuǎn)發(fā)策略需要進(jìn)一步改進(jìn)，提高其在MANET網(wǎng)絡(luò)中的興趣包轉(zhuǎn)發(fā)效率。

感知轉(zhuǎn)發(fā)策略是以內(nèi)容源和鄰居等信息為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)包轉(zhuǎn)發(fā)的一種策略。先偵聽(tīng)后廣播（listen firstbroadcast later，LFBL）策略[12-3]引人了距離表，用于記錄當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)之間的距離信息，做出相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)決策。在LFBL策略框架下，用戶節(jié)點(diǎn)通過(guò)廣播興趣包與中繼節(jié)點(diǎn)交互。中繼節(jié)點(diǎn)接收到興趣包后，會(huì)解析其內(nèi)容，計(jì)算用戶節(jié)點(diǎn)與自身之間的跳數(shù)，并對(duì)距離表進(jìn)行更新，針對(duì)由生產(chǎn)者發(fā)出的數(shù)據(jù)包，以及由中繼節(jié)點(diǎn)傳遞的信息包，LFBL策略均采用一種基于距離感知的方法，選定最佳的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行興趣包的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)。LFBL轉(zhuǎn)發(fā)策略是一種與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渫耆珶o(wú)關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，性能完全依賴于所選擇的距離尺度。文獻(xiàn)[14]所提策略通過(guò)采集地理位置信息選擇合適的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。Kuai及其團(tuán)隊(duì)[15通過(guò)統(tǒng)計(jì)車聯(lián)網(wǎng)整體節(jié)點(diǎn)密度選擇最佳的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。Anastasiades 等[u-17提出一種代理輔助內(nèi)容獲取方法，通過(guò)選擇可能與發(fā)送節(jié)點(diǎn)相遇的節(jié)點(diǎn)作為代理，優(yōu)先進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和存儲(chǔ)，利用節(jié)點(diǎn)移動(dòng)特性實(shí)現(xiàn)高效傳輸。Al-Omaisi等[8引人了一個(gè)多層次框架，設(shè)計(jì)高效的VANET-NDN數(shù)據(jù)傳輸解決方案。Li等開(kāi)發(fā)了一種基于SDN命名的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制，通過(guò)分布式控制器優(yōu)化全局路由選擇。董謙等[20]創(chuàng)新性地構(gòu)建了一種集中控制的流量調(diào)度策略，通過(guò)選擇資源充足的節(jié)點(diǎn)作為控制節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)收集全局路由信息以支持更精確的決策?？傮w而言，感知轉(zhuǎn)發(fā)策略依賴網(wǎng)絡(luò)信息的收集輔助決策，然而，感知信息具有時(shí)效性，該策略更適合節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度較慢或拓?fù)湎鄬?duì)穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在中高度動(dòng)態(tài)的NDMANET網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中不太適用，因此，其應(yīng)用范圍存在一定限制。

近年來(lái)，已經(jīng)開(kāi)始在DTN網(wǎng)絡(luò)傳輸策略中采用基于節(jié)點(diǎn)活躍度的轉(zhuǎn)發(fā)決策方法。崔波[黃宏程等[2]提出一種適用于高動(dòng)態(tài)命名數(shù)據(jù)容遲網(wǎng)絡(luò)的方法，該方法通過(guò)維護(hù)鄰居表來(lái)評(píng)估節(jié)點(diǎn)的活躍度，并通過(guò)定期廣播hello包獲取鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)量?；谒@得的數(shù)據(jù)，中繼節(jié)點(diǎn)被細(xì)化成了2類：一類是臨時(shí)節(jié)點(diǎn)（僅進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)而不存儲(chǔ)）;另一類是永久轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)（多次轉(zhuǎn)發(fā)）。盡管該協(xié)議能夠穩(wěn)定確保信息在節(jié)點(diǎn)機(jī)會(huì)性通信環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)傳輸，但在某些情況下可能會(huì)引發(fā)網(wǎng)絡(luò)擁塞問(wèn)題。李建鐸等[22提出一種DTN路由算法，通過(guò)分析節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵特性來(lái)選擇最優(yōu)的消息中繼節(jié)點(diǎn)，并結(jié)合節(jié)點(diǎn)的剩余能量、活躍度和緩存空閑率等因素進(jìn)行綜合決策。潘冬等2]對(duì)復(fù)雜的DTN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域劃分，針對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)、擺渡節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)等不同類型的中間傳輸節(jié)點(diǎn)，分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的活躍度統(tǒng)計(jì)算法。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)測(cè)試，盡管該算法在一定程度上改善網(wǎng)絡(luò)傳播的性能，減少傳播時(shí)間，但同時(shí)顯著增加了網(wǎng)絡(luò)流量開(kāi)銷。NDMANET與DTN非常相似，都具有鏈路頻繁中斷和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r(shí)變的特點(diǎn)。因此，為了提高NDMANET的包轉(zhuǎn)發(fā)性能并解決這些負(fù)面影響，在NDMANET的包轉(zhuǎn)發(fā)策略中引入“節(jié)點(diǎn)活躍度\"概念，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

3基于節(jié)點(diǎn)活躍度的包轉(zhuǎn)發(fā)策略

在中高動(dòng)態(tài)的NDMANET中，為應(yīng)對(duì)其拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)變化特性，基于“節(jié)點(diǎn)活躍度\"理念，筆者提出一種新的NDMANET包轉(zhuǎn)發(fā)策略。研究?jī)?nèi)容將分為以下幾個(gè)部分：首先，闡述節(jié)點(diǎn)活躍度相關(guān)概念及其在DTN網(wǎng)絡(luò)包轉(zhuǎn)發(fā)策略中的應(yīng)用;隨后，提出一種面向NDMANET網(wǎng)絡(luò)的基于節(jié)點(diǎn)活躍度的包轉(zhuǎn)發(fā)策略，深入解析其設(shè)計(jì)原理及具體實(shí)現(xiàn)流程；最后，對(duì)該轉(zhuǎn)發(fā)策略的優(yōu)劣勢(shì)進(jìn)行定性分析。

3.1 節(jié)點(diǎn)活躍度定義

節(jié)點(diǎn)活躍度指的是無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的可移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在單位時(shí)間內(nèi)遇到鄰居節(jié)點(diǎn)的平均數(shù)量。節(jié)點(diǎn)的活躍度越高，與其他節(jié)點(diǎn)相遇、建立連接進(jìn)行通信的可能性越大;反之，節(jié)點(diǎn)活躍度越低，與其他節(jié)點(diǎn)相遇及建立連接的可能性也越低，通信的機(jī)會(huì)相應(yīng)減少。DTN網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是拓?fù)浞指?、?jié)點(diǎn)機(jī)會(huì)性相遇、內(nèi)容提供者未知，為減少冗余數(shù)據(jù)包傳輸和網(wǎng)絡(luò)帶寬的浪費(fèi)，之前的研究是通過(guò)節(jié)點(diǎn)活躍度決定DTN網(wǎng)絡(luò)中的包路由轉(zhuǎn)發(fā)。DTN網(wǎng)絡(luò)所采用的是以節(jié)點(diǎn)活躍度為基礎(chǔ)，選擇活躍度較高的節(jié)點(diǎn)來(lái)保存及轉(zhuǎn)發(fā)包的路由轉(zhuǎn)發(fā)策略，降低因傳輸額外包所造成的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源浪費(fèi)，也能提高成功傳輸數(shù)據(jù)的概率。為了準(zhǔn)確計(jì)算節(jié)點(diǎn)的活躍度，節(jié)點(diǎn)需要統(tǒng)計(jì)它在某一時(shí)間段內(nèi)遇到過(guò)的鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目，基于此信息推算出節(jié)點(diǎn)的活躍度水平。此外，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間需要通過(guò)消息傳遞機(jī)制來(lái)共享它們的活躍度信息。

3.2策略設(shè)計(jì)原理

在中高動(dòng)態(tài)MANET應(yīng)用場(chǎng)景中，節(jié)點(diǎn)位置的移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化，引起節(jié)點(diǎn)周圍鄰居節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)變化，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)活躍度發(fā)生改變。為減輕傳輸節(jié)點(diǎn)間大量交互信息帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)擁堵，確保節(jié)點(diǎn)活躍度的計(jì)算準(zhǔn)確性，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化的劇烈程度，定期刷新活躍度，提供更可靠準(zhǔn)確的包轉(zhuǎn)發(fā)決策支持。對(duì)于NDMANET網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景，提出依賴網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)活躍度的包路由轉(zhuǎn)發(fā)策略，主要的路由轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程為：首先，修改（更新）興趣包和數(shù)據(jù)包內(nèi)發(fā)送者信息，再向本節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)所有鄰居節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣播;其次，對(duì)發(fā)送者信息讀取以及節(jié)點(diǎn)活躍度進(jìn)行比較，判定該節(jié)點(diǎn)是否能存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)發(fā)該興趣包或數(shù)據(jù)包。

原生NDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)定義的興趣包格式包括4個(gè)字段：名字、選擇器、一次性隨機(jī)數(shù)以及指示器。用戶生成興趣包并將其發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)，中繼節(jié)點(diǎn)接收到興趣包后，根據(jù)其名稱繼續(xù)向數(shù)據(jù)生產(chǎn)者轉(zhuǎn)發(fā)，若興趣包到達(dá)的某個(gè)節(jié)點(diǎn)（這個(gè)節(jié)點(diǎn)可以是中繼節(jié)點(diǎn)或者生產(chǎn)者節(jié)點(diǎn)）含有它所請(qǐng)求的數(shù)據(jù)，那么這個(gè)節(jié)點(diǎn)將會(huì)返回一個(gè)包含4個(gè)字段的數(shù)據(jù)包，這4個(gè)字段分別是：名字、元數(shù)據(jù)、內(nèi)容和簽名。如圖1（a）展示了上面描述的興趣包和數(shù)據(jù)包的格式。因?yàn)樵贜DMANET網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)以節(jié)點(diǎn)活躍程度為基礎(chǔ)的包轉(zhuǎn)發(fā)策略，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的活躍程度值都需要被精確統(tǒng)計(jì)，因此，需要對(duì)NDN網(wǎng)絡(luò)的原生興趣包和數(shù)據(jù)包進(jìn)行字段擴(kuò)展，以便接收節(jié)點(diǎn)能依據(jù)新增信息做出轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)限的判斷，興趣包和數(shù)據(jù)包在擴(kuò)展后分別新增3個(gè)字段，如圖1（b）所示。

1）節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)（NODE_ID）。該字段用于記錄發(fā)送信息包節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)接口MAC地址（作為節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)符），為接收節(jié)點(diǎn)計(jì)算自身活躍度提供支持；

2）節(jié)點(diǎn)活躍度（NODE_ACT）。該字段記錄發(fā)送信息包節(jié)點(diǎn)的無(wú)線通信范圍內(nèi)鄰居節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，為發(fā)送節(jié)點(diǎn)與接收節(jié)點(diǎn)間的活躍度比較提供依據(jù)。通過(guò)比較，接收節(jié)點(diǎn)可以判定自身是否具備信息包轉(zhuǎn)發(fā)的必要條件；

3）特殊節(jié)點(diǎn)標(biāo)記（SPE_ID）。此字段用于標(biāo)識(shí)興趣包和數(shù)據(jù)包的發(fā)送者是用戶、生產(chǎn)者還是其鄰居節(jié)點(diǎn)。若是用戶或是生產(chǎn)者，則把該特殊節(jié)點(diǎn)標(biāo)記設(shè)置為2;若是用戶的鄰居節(jié)點(diǎn)或是生產(chǎn)者的鄰居節(jié)點(diǎn)，則把該特殊節(jié)點(diǎn)標(biāo)記設(shè)置為1;否則把該特殊節(jié)點(diǎn)標(biāo)記設(shè)置為0。在某些特定場(chǎng)景中，盡管接收節(jié)點(diǎn)的活躍度較低，但若直接能與特殊節(jié)點(diǎn)建立通信連接，該特殊節(jié)點(diǎn)標(biāo)記仍可用于判定其轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)限，以便興趣包和數(shù)據(jù)包及時(shí)到達(dá)消費(fèi)者或生產(chǎn)者節(jié)點(diǎn)。

圖1興趣包和數(shù)據(jù)包擴(kuò)展前后結(jié)構(gòu)示意圖

Fig.1Diagram of interest packet and data packet structures before and after extension

3.3轉(zhuǎn)發(fā)策略實(shí)現(xiàn)流程

基于原生命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（NDN）系統(tǒng)中興趣包和數(shù)據(jù)包的類型差異，筆者設(shè)計(jì)了2種不同的處理實(shí)現(xiàn)流程。具體如下：

NDMANET節(jié)點(diǎn)接收到興趣包時(shí)，會(huì)根據(jù)名稱字段判斷是否因廣播導(dǎo)致環(huán)路重復(fù)，若重復(fù)則丟棄，否則檢索PIT表。若PIT表中不存在與該興趣包名稱相同的條目，則將其作為新條目添加到PIT表中。同時(shí)，節(jié)點(diǎn)會(huì)在其\"內(nèi)容存儲(chǔ)”中查找該興趣包請(qǐng)求的內(nèi)容。若在內(nèi)容存儲(chǔ)中找到匹配信息，則通過(guò)接收該興趣包的接口將對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)回去;若找不到匹配信息，則繼續(xù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)廣播將該興趣包向外路由轉(zhuǎn)發(fā)。

對(duì)于數(shù)據(jù)包，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)首先查詢其PIT表。若發(fā)現(xiàn)表中存在與數(shù)據(jù)包名稱匹配的興趣包記錄，則將數(shù)據(jù)包儲(chǔ)存到“內(nèi)容存儲(chǔ)”中，并依據(jù)PIT表中指定的接口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā);若未找到匹配的興趣包記錄，則丟棄該數(shù)據(jù)包。圖2展示了轉(zhuǎn)發(fā)興趣包及數(shù)據(jù)包策略的實(shí)現(xiàn)流程。

圖2原生興趣包和數(shù)據(jù)包實(shí)現(xiàn)流程圖

在NDMANET網(wǎng)絡(luò)中，筆者提出基于節(jié)點(diǎn)活躍度的包轉(zhuǎn)發(fā)策略。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)會(huì)在接收到包之后檢查和分析所有的新增字段，確保在發(fā)出興趣包或數(shù)據(jù)包之前，確定存儲(chǔ)或轉(zhuǎn)發(fā)的權(quán)限。圖3的偽代碼詳細(xì)展示了處理過(guò)程。

Fig.2Flowchart of the implementation process for native interest packages and data package！

圖3基于節(jié)點(diǎn)活躍度的包轉(zhuǎn)發(fā)策略偽代碼

Fig.3The pseudo code of node activeness-based packet forwarding strategy

1）信息包（包括興趣包和數(shù)據(jù)包）接收階段

當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)信息包后，提取其節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)（NODE_ID）并檢查鄰居標(biāo)號(hào)數(shù)組（NODE_NEIGHBOR[1）中是否存在該標(biāo)號(hào)。若不包含，則將其按順序插入到鄰居標(biāo)號(hào)數(shù)組，將節(jié)點(diǎn)活躍度值（node.act）加1;若包含，就會(huì)忽略這個(gè)處理步驟。接下來(lái)，節(jié)點(diǎn)按照原生NDN網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)處理流程對(duì)接收的信息包進(jìn)行處理。需要特別注意的是，當(dāng)節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)包且PIT表中無(wú)對(duì)應(yīng)興趣包條目時(shí)，仍需要將其存入“內(nèi)容存儲(chǔ)”，以利用節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性提高數(shù)據(jù)包成功傳遞的概率。

2） 信息包轉(zhuǎn)發(fā)階段

首先讀取接收信息包的特殊節(jié)點(diǎn)標(biāo)記（SPE_ID），若該標(biāo)記的值為1或者2，節(jié)點(diǎn)會(huì)將該標(biāo)記的值減1后，進(jìn)入原生NDN網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)流程;若該標(biāo)記的值為0，節(jié)點(diǎn)會(huì)比較信息包的節(jié)點(diǎn)活躍度值（NODE_ACT）與自身的活躍度值（node.act）大小，當(dāng)node.act值大于或等于NODEACT值時(shí)，節(jié)點(diǎn)會(huì)對(duì)該信息包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，反之則會(huì)停止對(duì)該信息包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在這種情況下，活躍度較低的節(jié)點(diǎn)雖然接收到數(shù)據(jù)包，并將其緩存到“內(nèi)容存儲(chǔ)\"（content storage，CS）中，但不會(huì)向鄰居節(jié)點(diǎn)廣播。隨著節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳粩嘧兓?jié)點(diǎn)活躍度可能會(huì)提高，在接收到所對(duì)應(yīng)的興趣包后參與數(shù)據(jù)包路由，提升數(shù)據(jù)請(qǐng)求成功概率。

4性能測(cè)試與分析

研究采用計(jì)算機(jī)仿真（simulation）的方式，對(duì)提出的基于節(jié)點(diǎn)活躍度的包轉(zhuǎn)發(fā)策略、NDMANET網(wǎng)絡(luò)的默認(rèn)洪泛轉(zhuǎn)發(fā)策略和先偵聽(tīng)后廣播的包轉(zhuǎn)發(fā)策略進(jìn)行性能對(duì)比評(píng)估。評(píng)估中選取了4個(gè)主要對(duì)比指標(biāo)，包括：請(qǐng)求響應(yīng)率（response rate，RR）、平均請(qǐng)求時(shí)延（average delay，AD）、網(wǎng)絡(luò)帶寬使用量（bandwidth usage，BU）以及節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)消耗（node storage consumption，NSC）。以下將對(duì)這些指標(biāo)的具體定義進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

1）請(qǐng)求響應(yīng)率。請(qǐng)求響應(yīng)率是指在特定仿真時(shí)間內(nèi)，用戶節(jié)點(diǎn)在目標(biāo)NDMANET網(wǎng)絡(luò)中成功接收與其發(fā)送的興趣包數(shù)量的比值，其中，發(fā)送的興趣包數(shù)量不包含重傳興趣包，即

式中： NUM_{received-Data} 表示接收到數(shù)據(jù)包的數(shù)量; ΔNUM_sent-Int 表示發(fā)送興趣包的數(shù)量。

2）平均請(qǐng)求時(shí)延。平均請(qǐng)求時(shí)延指在特定仿真時(shí)間內(nèi)，目標(biāo)NDMANET網(wǎng)絡(luò)中從用戶節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)興趣包開(kāi)始到該節(jié)點(diǎn)接收到請(qǐng)求數(shù)據(jù)包的時(shí)間間隔均值，即

式中： T_{i，received-Data} 表示第 i 個(gè)數(shù)據(jù)包到達(dá)時(shí)間; T_{i，sent-Int} 表示第 i 個(gè)興趣包發(fā)送時(shí)間; NUM_{reccived-Data} 表示接該時(shí)段內(nèi)收到數(shù)據(jù)包的數(shù)量。

3）網(wǎng)絡(luò)帶寬使用量。網(wǎng)絡(luò)帶寬使用量指在特定仿真時(shí)間內(nèi)，目標(biāo)NDMANET網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信息包總量。

4）節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)消耗量。節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)消耗量指在特定仿真時(shí)間內(nèi)，目標(biāo)NDMANET網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)緩存的數(shù)據(jù)包總量。

4.1仿真程序研發(fā)

基于學(xué)術(shù)界廣泛使用的開(kāi)源仿真軟件NS-3及NDN網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展工具ndnSIM，開(kāi)發(fā)了一套專門針對(duì)NDMANET網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的仿真測(cè)試程序。表1中詳細(xì)列出了仿真環(huán)境的硬件與軟件配置。

表1仿真平臺(tái)硬軟件配置

Table1 Simulationplatformconfiguration

4.2 仿真場(chǎng)景設(shè)定

表2列出了作為仿真目標(biāo)命名數(shù)據(jù)移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)參數(shù)。仿真實(shí)驗(yàn)通過(guò)隨機(jī)設(shè)置節(jié)點(diǎn)的不同移動(dòng)速率，比較2種經(jīng)典包轉(zhuǎn)發(fā)策略與研究策略在多項(xiàng)性能指標(biāo)上的表現(xiàn)。這些指標(biāo)包括：請(qǐng)求響應(yīng)率、平均請(qǐng)求延遲、網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率和節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)消耗量。在仿真場(chǎng)景中，由于不同節(jié)點(diǎn)以不同速率隨機(jī)移動(dòng)，其活躍度會(huì)隨之動(dòng)態(tài)變化。具體來(lái)說(shuō)，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速率較高時(shí)，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓鼊×遥従訑?shù)量在節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)頻繁波動(dòng)；而在移動(dòng)速率較低情況下，拓?fù)渥兓呌诰徛曳€(wěn)定。為此，仿真實(shí)驗(yàn)參照節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速率設(shè)置了不同的活躍度更新周期，更新后所有節(jié)點(diǎn)的活躍度統(tǒng)一置零，并按照規(guī)則每個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送一次興趣包，重新統(tǒng)計(jì)活躍度數(shù)據(jù)。

表2仿真場(chǎng)景參數(shù)設(shè)置

Table2Parameter settingof simulation platform

4.3 結(jié)果分析討論

圖4～7分別展示了請(qǐng)求響應(yīng)率、平均請(qǐng)求時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)帶寬使用量和節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)消耗量4個(gè)性能指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果。Default指代默認(rèn)洪泛轉(zhuǎn)發(fā)策略，LFBL指代先偵聽(tīng)后廣播包轉(zhuǎn)發(fā)策略，NAPF指代所提出的基于節(jié)點(diǎn)活躍度的包轉(zhuǎn)發(fā)策略。

圖4請(qǐng)求響應(yīng)率實(shí)驗(yàn)結(jié)果 Fig.4Experimental results of response rate

對(duì)于請(qǐng)求響應(yīng)率指標(biāo)，針對(duì)低動(dòng)態(tài)拓?fù)鋱?chǎng)景，由于Default策略和LFBL策略能夠在拓?fù)渥兓^緩慢時(shí)維持相對(duì)穩(wěn)定的通信連接，其請(qǐng)求響應(yīng)率較高。然而，NAPF策略傾向于限制低活躍度節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)限，從而在此類場(chǎng)景中導(dǎo)致請(qǐng)求響應(yīng)率相對(duì)較低。隨著目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)性的增加，一方面，Default轉(zhuǎn)發(fā)策略由于轉(zhuǎn)發(fā)路徑的鏈路頻繁通斷和信道間沖突加重，請(qǐng)求響應(yīng)率逐漸降低;另一方面，LFBL雖然會(huì)由于鏈路頻繁通斷造成請(qǐng)求響應(yīng)率降低，但該策略僅在選定路由路徑上進(jìn)行信息包轉(zhuǎn)發(fā)，相對(duì)默認(rèn)洪泛策略不易引起廣播信道爭(zhēng)用沖突，有效降低了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)變化對(duì)請(qǐng)求響應(yīng)率造成的不利影響。對(duì)于NAPF包轉(zhuǎn)發(fā)策略，由于節(jié)點(diǎn)位置快速變化，生產(chǎn)者和用戶節(jié)點(diǎn)具有更大的和活躍度較高節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的概率，使請(qǐng)求響應(yīng)率逐漸增高。圖4顯示，在節(jié)點(diǎn)速率為 30m/s 時(shí)，NAPF策略比LFBL策略高 9% 、比Default策略高 20% 。

對(duì)于平均請(qǐng)求時(shí)延指標(biāo)，隨著節(jié)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速率的提高，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭?dòng)態(tài)性逐漸提升，網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間連接的穩(wěn)定性逐漸降低，同時(shí)信道沖突問(wèn)題逐步加劇，導(dǎo)致Default、LFBL和NAPF策略的平均請(qǐng)求時(shí)延提高。其中，Default策略平均請(qǐng)求時(shí)延最高，可能會(huì)引發(fā)最嚴(yán)重的信道沖突問(wèn)題;相比之下，NAPF策略保持了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的多樣性，但也導(dǎo)致高動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱?chǎng)景下的請(qǐng)求時(shí)延比LFBL策略的請(qǐng)求時(shí)延更長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖5所示。

圖5平均請(qǐng)求時(shí)延實(shí)驗(yàn)結(jié)果 Fig.5Experimental results of average delay

對(duì)于網(wǎng)絡(luò)帶寬使用量指標(biāo)，Default策略在所有情況（節(jié)點(diǎn)速率不同的場(chǎng)景）下充許所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接收、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)其收到的信息包，所以網(wǎng)絡(luò)帶寬使用量指標(biāo)明顯高于NAPF和LFBL轉(zhuǎn)發(fā)策略。LFBL策略因限定了轉(zhuǎn)發(fā)路徑，在所有的測(cè)試參數(shù)下，其網(wǎng)絡(luò)帶寬使用量顯著低于Default策略。NAPF策略則與這2種策略有所不同，低活躍度節(jié)點(diǎn)被限制轉(zhuǎn)發(fā)后，隨著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)隨機(jī)運(yùn)動(dòng)速率的增加，特殊節(jié)點(diǎn)在距離高活躍度節(jié)點(diǎn)跳數(shù)更近的位置進(jìn)行興趣包和數(shù)據(jù)包接發(fā)的概率提高。同時(shí)，相較于低動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱?chǎng)景而言，其請(qǐng)求重傳次數(shù)降低，使網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗逐漸減少。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以 30m/s 的速率隨機(jī)移動(dòng)時(shí)，NAPF策略比LFBL策略和Default策略分別減少了 40% 和 60% 左右的網(wǎng)絡(luò)帶寬使用量。

圖6網(wǎng)絡(luò)帶寬使用量實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Fig.6Experimental results of bandwidth usage

對(duì)于節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)消耗量指標(biāo)，在動(dòng)態(tài)性較低的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱?chǎng)景下，Default包轉(zhuǎn)發(fā)策略具有多路徑傳輸?shù)奶匦?，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)因而會(huì)消耗較多的存儲(chǔ)空間。筆者所提的NAPF包轉(zhuǎn)發(fā)策略為較好應(yīng)對(duì)中高動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渌鶐?lái)的鏈路中斷挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要緩存所接收的數(shù)據(jù)包在未來(lái)實(shí)現(xiàn)隨遇回傳，故其網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)需要消耗一定的存儲(chǔ)空間。特別是當(dāng)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膭?dòng)態(tài)性增大時(shí)，NAPF包轉(zhuǎn)發(fā)策略使網(wǎng)絡(luò)中大量未接收興趣包的節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)興趣包所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)包，導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)消耗量較Default和LFBL策略會(huì)隨節(jié)點(diǎn)速率的提升而線性增加，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖7所示。

通過(guò)分析這4個(gè)性能指標(biāo)，提出的基于節(jié)點(diǎn)活躍度的包轉(zhuǎn)發(fā)策略在中高動(dòng)態(tài)的NDMANET網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中主要有2方面優(yōu)勢(shì)：1）與默認(rèn)的洪泛轉(zhuǎn)發(fā)策略相比，所提出的策略明顯減少網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的消耗;2）與最短路徑路由轉(zhuǎn)發(fā)策略（如LFBL策略）相比，所提的策略進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的成功率。

圖7節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)消耗量實(shí)驗(yàn)結(jié)果

Fig.7Experimental resultsof node storage consumption

研究提出的NAPF策略利用活躍度較高的節(jié)點(diǎn)和特殊節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息包轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)調(diào)用活躍度較低的節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，作為未來(lái)用戶請(qǐng)求的新數(shù)據(jù)源。但若特殊節(jié)點(diǎn)所在區(qū)域的節(jié)點(diǎn)密度較低，可能導(dǎo)致特殊節(jié)點(diǎn)處于“被屏蔽”狀態(tài)，無(wú)法有效執(zhí)行正常的路由流程。再者，若活躍度較高的節(jié)點(diǎn)相距較遠(yuǎn)，且沒(méi)有位于節(jié)點(diǎn)較密集的區(qū)域，有可能無(wú)法建立轉(zhuǎn)發(fā)路徑。除此之外，若NDMANET網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中節(jié)點(diǎn)以較低速度運(yùn)動(dòng)，節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性會(huì)限制額外數(shù)據(jù)源機(jī)制，導(dǎo)致該機(jī)制難以有效實(shí)施?？偟膩?lái)說(shuō)，在大規(guī)模、高動(dòng)態(tài)NDMANET場(chǎng)景下，提出的基于節(jié)點(diǎn)活躍度的NDMANET網(wǎng)絡(luò)包路由策略的性能優(yōu)異，如果NDMANET網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的規(guī)模和動(dòng)態(tài)性較低，所提策略有不足之處。但節(jié)點(diǎn)是否轉(zhuǎn)發(fā)興趣包/數(shù)據(jù)包主要由基于節(jié)點(diǎn)活躍度的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制決定，若能將節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性與轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制有機(jī)結(jié)合，通過(guò)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)速度自動(dòng)改變轉(zhuǎn)發(fā)判定條件，如當(dāng)前節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性較低時(shí)，只要節(jié)點(diǎn)活躍度不低于上一中繼節(jié)點(diǎn)活躍度值減2，則可繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)興趣/數(shù)據(jù)包。通過(guò)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)類似可以自適應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，能有效提升本策略在低動(dòng)態(tài)、小規(guī)模NDMANET場(chǎng)景下的運(yùn)行性能。

5結(jié)論

研究關(guān)注NDMANET網(wǎng)絡(luò)中的信息包轉(zhuǎn)發(fā)策略，針對(duì)MANET網(wǎng)絡(luò)鏈路通斷頻繁和拓?fù)鋭?dòng)態(tài)隨時(shí)間變化等固有特征，把節(jié)點(diǎn)活躍度概念引入NDMANET網(wǎng)絡(luò)的包轉(zhuǎn)發(fā)策略，創(chuàng)新性提出一種基于節(jié)點(diǎn)活躍度的NDMANET網(wǎng)絡(luò)包路由轉(zhuǎn)發(fā)策略。利用在NS-3/ndnSIM開(kāi)源框架上開(kāi)發(fā)的仿真程序，對(duì)提出的NAPF策略進(jìn)行性能評(píng)估，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在具有中高動(dòng)態(tài)的MANET網(wǎng)絡(luò)中，研究所提策略能維持較低的平均請(qǐng)求時(shí)延，相比洪泛策略和最短路徑路由策略，實(shí)現(xiàn)更高的請(qǐng)求響應(yīng)率，降低網(wǎng)絡(luò)帶寬的消耗，其代價(jià)是合理增加節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)消耗。

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