基于路由考虑的人群网络分类探索

卢华庭， 徐 亮， 王贵竹

（安徽大学 计算智能与信号处理教育部重点实验室，安徽 合肥 230039）

0 引言

容迟网络是一个新兴的研究领域，由 Kevin Fall等人首次提出。在这种网络中，端到端的路径并不一直稳定存在，甚至可能一直不会出现。节点之间的连接经常是断断续续的，而且有着较大的延迟。传统的基于 TCP/IP路由协议通常不适用于这种网络[1-2]。因此，研究者提出了各种DTN网络中的路由算法，例如基于报文拷贝传输的 Epidemic、散发-等待路由以及基于先验知识的MED、ED、EDLQ、EDAQ等[3-4]。由于人群网络中人的移动性导致网络拓扑结构时刻变化，有时会具有容迟网络的特点。因此，人群网络也属于容迟网络的研究范畴。

1 相关工作介绍

文献[5]中，作者提出了路由度和节点度的概念，通过对Dartmouth学院收集到的学生网络的数据进行研究，提出在路由设计时，如果能够事先知道这些节点，可能会大大改善网络中数据传输的延迟和成功率。文献[6]中，作者通过多伦多大学搜集的学生踪迹分析，提出了链路-状态路由协议。文献[7]中，作者提出嵌套2跳路由算法（2-MH＊），并在相关项目所搜集的人群移动踪迹上进行了仿真、性能分析。在文献[8]中，作者提出对无线移动网络进行分类，根据端到端之间的连接性能由好到坏，依次为SPN、strictU -DTN 、U-DTN、strict A-DTN、A-DTN。由于人群网络拓扑结构的变化性，一个特定的路由算法很难一直保持好的性能。因此，基于对路由算法设计的考虑，我们提出应首先对人群网络的变化规律进行分类，然后在不同的时间段使用不同的适当的路由算法，即使用多种路由算法切换机制，从而在整体上提高网络的路由性能。

2 人群网络分类探索

根据现实中人的移动及分布情况，我们假定：人群网络的分布特点以天为单位不断循环。因此，本文提出在研究人群网络中路由算法时，根据节点间建立连接的路径类型，对人群网络的拓扑结构进行分类。根据文献[8]中对无线移动网络的分类定义，本文提出把人群网络的变化分为3类：空间路径网络（Space-Path Networks）、无需辅助节点网络(U-DTN：unassisted DTN)、需要（或带有）辅助节点网络(A-DTN：assistance-needed DTN)。本文以社区人群网络的分布特点为例，介绍人群网络的分类。

2.1 空间路径网络

在社区人群网络中，上、下班时间段，节点移动活跃，节点与节点之间碰面的概率很大，节点的分布有利于报文的传输。此时，在一个时刻，网络中节点与节点之间直接或者通过多跳可以建立起端到端的空间连接[8]，并能维持通信所需要的时间∆t。在这种情况下，适合采用MANET网络中基于端到端连接的AODV等路由协议。如图1所示：源端A发报文给目的端B，可以通过空间路径建立端到端的连接。

图1 空间路径网络模型

2.2 无需辅助节点网络

在上午、下午工作时间段，社区内节点数目相对减少，而且部分节点趋于静止，部分节点移动。此时，网络中大部分节点间不能通过多跳建立空间路径。需要利用人的移动性，在可容忍时间t内，在源端和目的端之间通过建立时空路径[8]来传输报文。如图2所示：源端A传报文给目的端B，但是在当前时刻tk，A与B之间并不能通过多跳建立端到端的连接。此时，节点A将报文传给中间节点C，经过一段可容忍时间t，利用节点C的移动性，当其到达与节点B能进行通信的范围内，将报文传递给 B。在这种情况下，适合采用MEED、MED等基于先验知识的路由算法。

图2 无需辅助节点网络模型

2.3 需要辅助节点网络

在夜晚时间段，此时，人群网络分为一个个小群体（例如人群分布在2栋居民楼内）。在小群体之间，由于移动节点稀少，无法在可容忍时间t内，在源端和目的端之间建立时空路径，如图 3所示。在这种网络拓扑结构下，群体之间的通信无法取得较好性能。为此，人们提出利用摆渡节点、数据骡子等辅助节点，在一定程度上改善网络中的路由性能。

图3 需辅助节点网络模型

2.4 人群网络变化规律

由于人群网络拓扑结构以天为单位周期性变化，针对人群网络中路由算法的研究，本文提出利用人群网络的变化规律，对人群网络按照时间段进行细化。采用多种路由机制，在不同时间段间进行切换，有利于改善网络的路由性能。

图4给出了社区网络网络类型变化循环图。由于人的日常生活规律及其移动性，该网络类型按照图中所示数字顺序循环变化。这给设计多路由算法循环切换机制带来了可行性。需说明的是，由于网络中节点的移动性，人群网络划分为哪种类型，并不是指在该时间段内任意时刻都属于该类型，而是指大部分时间段以该类型为主。

图4 社区网络类型变化循环

3 结语

在对人群网络的研究中，使用一种固定的路由算法，往往并不能一直保持较好的性能。针对这个问题，本文提出新的思路，根据人群网络拓扑结构的变化规律，对人群网络的拓扑结构进行分类，这对人群网络路由算法设计具有重要的指导意义。在今后的工作中，将根据真实的人群网络移动踪迹情况进行分析实现，并通过仿真比较多路由算法机制切换机制与单一路由算法机制在延迟、递交率、网络上节点存储占用开销等方面的性能。

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