1.1 课题研究目的

随着通信技术的不断发展和广泛应用，相应的出现了越来越多具有挑战性的通信环

境。在这些特定环境中会经常出现网络断开的现象，导致消息在传输过程中不存在稳定的端到端链路，因此现有的协议集关于网络特征（如稳定的端到端链路、低时延、低丢包率等）的假设并不满足^[1]。近年来，延时容忍网络（DelayTolerant Network，DTN）由于具有链路不稳定性和节点移动性等特征，受到了越来越多研究者的关注，这是一种为满足受限网络在正常情况下顺利进行通信而设计的体系结构^[2]。

延时容忍网络(delay tolerant network,DTN)是一种无基础通信设施、端到端之间没有固定的传输链路的临时性网络，具有链路间断的连接特点^[3],采取基于存储-等待-转发的机制^[4]来传递消息，所以也称为机会路由。在DTN 中，路由的设计通常采取积极转发的策略，尽可能地转发消息，以此增加端到端的消息成功投递机会。目前比较经典的路由传输策略有Direct Delivery^[5]，Epidemic^[6]，PROPHET^[7]等。

在延时容忍网络(delay tolerant network,DTN)中当节点拥有待转发消息，但节点并没有和其他节点进行连接时，将消息暂时存储在本地缓存当中，直到节点和其他并未存储该消息的节点进行连接；若所遇节点有利于将该消息转发到目的节点，则将该消息转发给所遇节点。利用此种方式的基础转发策略有单副本、多副本和编码副本等^[8]。为了研究基于社区通信的DTN路由算法，本课题将通过对多副本的PROPHET路由算法进行学习以及改进，再加上对社区网络进行建模，通过实验仿真从网络递交率和传输延时两方面验证改进PROPHET算法的性能。

1.2 国内外研究现状

延时容忍网络(delay tolerant network,DTN)，作为一种新型网络架构，最初由Fall 于2003年提出^[9]。随着DTN网络受到越来越多的关注，DTN的应用领域也越来越广泛，主要包括以下几个方向：

1)星际互联网(Inter Planet Network，IPN) 是为向深空任务中的飞行器提供通信服务而提出的网络模型^[10]。与普通互联网不同，星际网络作为一种典型“受限网络”，具有长传输延迟、间歇性中断、不对称的上下行速率、低信噪比等特性。与现在常见的地面站－地球卫星的通信模式不同，行星际的数据通信拥有非常巨大的通信延迟，通常从几分钟到几天不等。在星际网络中上下行速率严重不对称，一般可以达到1000:1 甚至更高^[11]，这就使传统的TCP /IP 协议无法应用在深空通信任务中，需要使用DTN网络。

2)军事战场通信的应用,在未来战场数字化的进程中，通信系统的有效性正成为掌握战场主动权的核心要素。在军事战场上，指挥员、作战车辆与单兵都会配备有移动通信设备和传感器。在传统的通信方式在复杂电磁干扰环境下或被摧毁的情况下，使用DTN可从某局部战场收集信息和传达命令,因此,通信、控制和命令仍然可以通过来DTN来执行。

3)车载KisokNet的应用, 当调度者在网关与公用电话亭之间频繁往复运动，网关具有802.11网络接口和存储功能，并且与互联网的持续连接。网关收集来自调度者的数据，并用存储器存储，然后通过代理将数据上传到互联网，在采集区域中可能有若千个网关，而调度者可以是众多交通工具的一种，包括出租车、公交车、火车以及摩托车，它们都在部署有公用电话亭与互联网网关的地段行驶，不仅如此，调度者自带仅有简单应用功能的嵌入式计算机，这种计算机的存储空间可以达到20-40Gbit/s,同时具有802.11网络接口，与它们经过的互联网网关以及控制器通信。

4)移动计算的应用，随着分布式计算、移动通信、数据库、互联网等技术的发展，移动计算也逐步兴起并发展起来。移动计算技术让整个电器电子设备与计算机终端互联互通成为现实， 畅享数据传输、资源共享和远程控制，移动设备的客户在任何时间、任何地点，都可以有效接收到有用、及时、准确的信息，这将很大程度上改变人们的工作和生活方式。移动计算所涵盖的频繁中断连接、有限带宽和异构网络的互联互通的问题正与DTN网络体系结构诞生的初衷不谋而合^[12]。

国内国外对于DTN的研究自DTN提出之后就一直没有停止，许多国家和组织都开展

了对其进行研究实验的项目：

1)美国UK-DMC 项目，太空中第一次使用Bundle 协议为DTN 网络传输数据是SSTL 建设的UK-DMC^[13]卫星完成的。灾害监视卫星中心（DMC）是属于轻型卫星技术有限公司（SSTL），它是多个低轨卫星组成的地球图片传感器网络，其中的卫星拍摄的图片先存储在卫星上，之后下载到地面站上。从卫星上下载地球图片所使用的协议是SSTL 专门开发的基于IP 的高速传输协议Saratoga，它可以容忍不寻常的链路环境。项目小组把Saratoga 当作DTN 网络的“集中层”来运行DTN 网络RG 的Bundle 协议，检测DTN 网络的Bundle 体系的强度和弱点，关注分片，保管传输，可信问题。此项目首次用Bundle 协议在太空传输数据，对利用DTN 网络进行深空通信提供了现实参考。并且使Sataroga 协议从卫星上下载数据，这让空间网络与地面网络的可以互联。另外项目小组对目前的Bundle 协议的主要缺陷作了分析并提出了改进措施，这对深空网络和其它DTN网络更好的使用Bundle 协议提供方便。

2)德国EMMA项目，德国布伦瑞克大学的EMMA^[14]项目是一个都市环境监控项目，其目标是开发花费低廉的空气污染测量结构，该系统是DTN 网络技术和公交系统结合的系统。通过车上的车载传感器不断的感知周围的环境数据，然后通过DTN 网络，采集的数据在车辆之间传递，最终到达中心处理处被用于分析环境质量。

3)加拿大KioskNet项目,KioskNet系统是由加拿大滑铁卢大学结合DTN 网络技术建立的。该系统是为了给偏远的农村地区提供性价比高的互联网联通。系统由城镇的网关、分散的农村用户、总服务器和代理服务器、偏远山区的公用电话、路过的公交车等组成。

4)国内研究现状，国内对于DTN 网络的研究起步较晚，关于DTN 网络的研究成果还很少，并且不像国外的有大型的应用项目支撑。其中中科大的通信与网络实验室是较早对延时容忍网络进行研究的实验室之一，其中陈飘，周晓波等人分别于2008 和2007 年发表了“延时容忍网络的延时模型分析”^[15]及“用于延时可容忍网络的增强型MED 路由算法”^[16]等论文，并且通信与网络实验室有与时延容忍网络相关的三篇学位论文。近几年国内对于延时容忍网络的研究开始逐渐增加，其中电子科技大学及中南大学等的研究者也开始对其进行研究。相信在不远的将来国内对延时容忍网络将会越来越关注^[17]。

1.3课题研究意义

随着移动终端迅速发展，延迟容忍网(delaytolerant network, DTN)，作为一种新型网络架构应用越来越广泛。路由作为DTN网络中的重要组成部分，受到越来越多人的关注。在DTN网络中，节点采用复制和转发的机制把消息从当前节点传输给连接节点，直到消息到达目的节点或节点的生命周期耗尽。Prophet路由作为DTN路由中重要的路由之一，主要思想是比较携带信息的节点与目的节点的接触概率来决定是否把消息传递给相遇节点。但是在Prophet路由算法中并没有考虑到与节点的能量、带宽和自身缓存等性能相关的节点吞吐率这一对网络性能指标有重要影响的因素^[18]。因此，本课题中我将对Prophet算法进行改进的基础上，加深对DTN网络以及DTN路由的了解，同时对基于社区通信的DTN路由算法的发展前景有一个更加清晰的认识。