機會移動網絡的連通性分析及其應用研究——時間演化視角.pdf

1、隨著移動智能終端的大量普及，作為基礎設施網絡的有效補充，機會移動網絡以其“易部署、免費使用、無地理限制”等眾多優(yōu)點，成為近年來網絡通信領域的研究熱點。尤其是以移動互聯(lián)網與物聯(lián)網等為代表的信息技術掀起的新一輪科技革命，更為機會移動網絡的研究與應用帶來前所未有的機遇。
　　然而，由于節(jié)點移動，節(jié)點間通信鏈路的頻繁變化，機會移動網絡的拓撲結構呈現(xiàn)出動態(tài)連通并隨時間演化的特性，對這種動態(tài)連通特性目前依舊缺乏理論分析工具，致使無法準確刻畫這

2、類網絡的傳輸性能，從而很難客觀評判這類網絡能夠在多大程度上滿足應用需求。而且，現(xiàn)實中的許多關鍵應用，在很大程度上又依賴于對網絡動態(tài)連通特性的把握和理解，以致機會移動網絡的大規(guī)模應用時至今日依舊是困難的。本文在對已有相關成果歸納與梳理的基礎上，對機會移動網絡的連通性及其應用展開了較為系統(tǒng)的研究，主要研究工作和貢獻如下:
　　(1)首次提出連續(xù)時間上最早到達行程的演化模型——關鍵行程演化圖，通過關鍵行程演化圖精確刻畫了機會移動網絡端到

3、端連通性的演化;設計了在線構建演化圖的高效算法;實現(xiàn)了演化圖計算的模擬器CjegSim，利用CjegSim分析了多個真實和人工機會移動網絡數(shù)據集的基本連通特征。
　　(2)探討了關鍵行程演化圖模型更深層次的應用，基于演化圖:設計了面向時間演化特性的網絡連通性度量，更準確地度量了機會移動網絡的連通性能;建立了新的時間中心性方法以有效識別演化網絡中的關鍵節(jié)點（連通能力強的節(jié)點），該方法在計算代價上遠低于以往的時間中心性計算;提出了新的

4、關于現(xiàn)有連通性模型——時間可達圖和仿射圖的計算方法;從具體應用角度分析了機會移動網絡的通信能力，設計了一些關鍵應用的具體策略。
　　(3)為了更適應移動節(jié)點上的分布式應用及輕量級計算環(huán)境，進一步借助復雜網絡中社區(qū)和中心性的概念，對機會移動網絡的連通性展開分析。針對機會移動網絡中節(jié)點間的聯(lián)系呈現(xiàn)出周期性，節(jié)點間的連通概率也表現(xiàn)出與時間范圍相關聯(lián)的特性，提出了TTL(timeto live)社區(qū)和TTL中心性以輕量級預測消息生存期內節(jié)

5、點間的連通概率，并設計了新的機會移動網絡路由轉發(fā)策略PerEvo，仿真實驗表明，PerEvo在性能上要優(yōu)于現(xiàn)有的其它社會特征路由策略。
　　(4)由于社區(qū)可作為節(jié)點間可達性的一種輔助估計手段，提出了一種演化的社區(qū)檢測方法EFOCS，在此基礎上設計了概率傳播模型下節(jié)點可達中心性的估計方法OR CEN，內容分發(fā)實驗表明，OR CEN能夠有效估計節(jié)點影響力。在影響力估計方法基礎上，提出了幾種初始節(jié)點集選擇算法并探討了它們在移動數(shù)據分流中

6、的應用，分析和仿真實驗表明，基于OR CEN的初始節(jié)點集選擇方案CBS OR，實現(xiàn)簡單，較其他分流方法有明顯更優(yōu)的分流效果，是一種理想的輕量級分流策略。
　　綜上所述，本文從粗細兩種粒度，對機會移動網絡隨時間演化的連通特性進行了深入剖析，其中，細粒度以節(jié)點為分析單元，直接精確計算端到端的連通性，粗粒度以社區(qū)為分析單元，間接輕量級預測端到端的連通性。通過本文的研究，進一步完善了動態(tài)網絡連通性建模的相關理論，可以顯著改善對網絡通信能力

7、的估計，為機會移動網絡的規(guī)模應用提供支撐。同時，本文還建立了一系列用于刻畫節(jié)點間連通性和節(jié)點連通能力的方法，改進了路由轉發(fā)和移動數(shù)據分流應用的具體策略。通過本文設計的模擬器CjegSim以及機會網絡仿真環(huán)境ONE(Opportunistic Network Environment)，對真實及人工環(huán)境下的機會移動網絡數(shù)據集進行了大量實證研究，實驗結果表明，本文所建立的模型和提出的方法，能夠捕獲機會移動網絡關鍵的連通特性，在此基礎上設計的許