社会感知的能量约束移动容迟网络研究

Mobile delay tolerant networks (MDTN) can support huge delay even intermittent disruption scenarios. They are suitable for communication in remote areas with weak infrastructure, low network coverage. Due to limited capacity of continuing power supply of portable communication devices, energy efficiency optimization is critical to the applications of MDTN. Based on the mobile user's social network characteristics, the project improves the energy utilization of MDTN from the node sleep scheduling, multicast data distribution and node incentive mechanism. The main research contents include: (1) Based on the methods of community structure partition and node role distinction, socially aware technology is used to propose an asynchronous node sleep scheduling protocol; (2) Relay node selection strategy of multicast is designed from the view of social network, and hierarchical multicast data distribution algorithm on the basis of center characteristics and community structures is presented; (3) Social association is applied to activation node selection strategy, and then an energy efficiency mechanism of incentives combinatorial optimization is proposed. The expected results of the project will be the enhancement of energy efficiency of MDTN, providing theoretical support and test prototype for the subsequent research and development of practical application system, and helping to improve the communication situation of the pastoral area in Inner Mongolia Autonomous Region.

移动容迟网络支持延迟巨大甚至间歇性中断的应用场景，适用于基础设施薄弱、网络覆盖率低的偏远地区通信。由于便携式通信设备的持续供电能力十分有限，因此能效优化对这种网络的推广应用至关重要。本项目基于移动用户的社会网络特征，从节点休眠调度、多播数据分发、节点激励机制等方面对移动容迟网络进行能效优化，主要内容包括：（1）基于社区结构划分和节点角色区分，拟提出社会性感知的异步节点休眠调度协议；（2）从社会感知的角度设计多播中继节点选择策略，拟提出基于中心性和社区结构的层次化多播数据分发算法；（3）以社会性关联应用于激活节点的选择策略，拟提出社会感知的能效组合优化激励机制。本项目的预期成果将提高移动容迟网络的能效，为后续的实际应用系统研发提供理论支持和试验原型，有助于改善内蒙古牧区网络通信状况。

便携式通信设备组成的移动容迟网络（Mobile Delay Tolerant Network, MDTN）适合于网络基础设施薄弱的偏远地区。但由于网络节点一般采用电池供电的因素，网络的整体性能受节点能量的影响十分严重，这使得能量约束成为移动容迟网络的重要问题。本项目对这一问题进行了深入研究，从节点休眠调度、多播数据分发、节点激励机制及社会性特征等方面对其进行能效优化。一、针对无线网络中设备的能量节约机制做了研究，将移动设备通信过程中表现出的规律和特性应用于设备的能量管理机制，通过控制设备的扫描过程来实现对设备的休眠唤醒状态的控制，设计出基于幂律分布的节点休眠调度机制。二、设计出一种适合于MDTN的基于社区结构的层次化多播分发算法，综合考虑了社团划分、中心度计算以及接触率预测策略。算法在划分好的社团结构上根据中心度和节点对之间的接触率预测值判断相遇节点是否可以作为中继节点，并对社团内部、社团之间的多播采用优化的节点选择策略。三、提出了基于二分喷洒路由算法的节点能量平衡策略，将节点的自私性引入，给了适用于移动容迟网络的节点能量平衡策略，并建立了评价体系，从多个方面对算法的优劣进行评估。四、提出一种基于能量约束的拥塞控制平衡策略，该策略根据节点的剩余缓存区的容量和剩余能量的情况，将网络中的节点划分为多个不同的等级，并依据不同状态分别采取相应的策略，使拥塞状态和能量状态较好的节点优先加入路由，进而控制了网络中的拥塞并平衡网络中节点能量的使用。五、提出了一种基于社会属性的节点选择机制以及基于社会属性的缓存区管理算法，可以将路由中造成拥塞的极端节点去除掉，避免将消息传输给中心性较高缓存区容易受到阻塞的节点，从而降低了消息传输时的消耗。总之，本项目的这些工作提高了移动容迟网络的能效，适用于边远地区的实际状况，为后续的系统应用提供了支持，有助于改善内蒙古牧区网络通信状况。