试析DTN网络中的路由协议及其评估

摘要：本文首先对DTN网络进行了概述，介绍了DTN网络的基本特征，分析了DTN路由设计时应注意的问题，因传统Internet体系结构无法有效地在DTN网络中应用，故提出了新的DTN路由评估指标，从而为构建DTN网络路由协议评估模型奠定基础。

关键词：DTN 路由协议 基本特征 评估指标

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）01-0049-01

1 DTN网络概述

DTN（Delay Tolerant Networks），即时延容忍网络。其作为一种新型体系结构，与过去Internet网络采用TCP/IP协议簇的体系结构不同。TCP/IP协议的平衡运行要求具备以下四种基本假设：一是端到端之间存在持续可用的双向连接；二是传输时延较短；三是数据速率双向对称；四是丢包率和误码率都较低。

但近几年我们发现，如果处于极端环境时，挑战性的网络可能无法达到传统假设条件要求，出现很多具备频繁的割裂、间歇的连接、较低的数据率、较高的时延、异构互联、较高的丢包率与误码率等特性的网络，TCP/IP无法为其提供良好服务，造成当前Internet体系结构无法有效地在该网络中应用。

路由是DTN网络层最重要的功能，其是DTN节点之间进行通信以及提高网络间连接的基础。由于DTN处于频繁割裂、间歇连接的状态，再受到存储空间和节点能量的制约，一般节点之间无法确保存在实时路径，通常要借助中继节点根据存储转发、多跳路由的方式，实现消息向目的节点的传输。因此，传统TCP/IP路由协议无法支持DTN网络上层应用。我们进行DTN研究的核心即是构造有效的DTN 路由协议，达到提高网络间连接性、增强消息传输速率、减少时延、降低能耗的目的，这也是DTN路由协议的关键技术所在。

2 DTN网络的基本特征

DTN网络与传统Internet等网络存在较大差别，有其自己的特点，其基本特征概括有以下几点：

（1）间歇的连接状态。由于节点能量、节点移动具有一定的限度，造成DTN可能出现频繁断开的现象，影响到DTN拓扑结构变化，往往呈现出部分连接或者间歇连接的状态，加之网络连接状态存在随机性质，端到端的路由无法保证。

（2）较高的时延和较低的数据率。端到端的时延代表端到端的路由上每一跳时延的总和，而对于每一跳上所经历的时延来说，其组成包括有排队、等待、传播以及传输等时间。由于DTN间歇连接的特点，决定了相邻节点之间可能需要相当长一段时间才能实现连接，这就在每一跳上形成了较高的时延，从而使数据率降低，并且数据率的非对称特点也会同时出现。

（3）有限的资源与寿命。因为受到功耗、体积、价格等因素制约，DTN相比普通计算机在节点处理、计算以及存储空间、通信能力方面相对较弱，因存储空间较小丢包率一般较高。并且，极端环境使用时能量常靠电池供应，致使其寿命也有限。

（4）随机的动态拓扑。DTN受到环境变化、能耗、故障等因素影响，其拓扑结构可能呈现动态变化，同时链路间歇的连接也可能导致拓扑结构波动较大。

（5）较差的安全性。实际应用当中，DTN经常遭受各种安全威胁，以及窃听或者路由欺骗等安全攻击。

（6）互连的异构网络。DTN捆绑层的引入，确保了异构网络在互连时消息能够得以可靠传输。

3 DTN路由的设计

（1）路由的目标。由于环路路由以及节点存储空间限制，可能造成消息者或者数据包丢失现象，DTN路由的基本目标是：最大程度地提高消息传送的成功率，同时要求端到端之间的资源消耗以及时延达到最小程度。

（2）路由的资源分配。要在保证传输率的基础上，最大程度地降低节点资源消耗。因此要求在资源消耗、消息传输之间做出科学合理的选择。

（3）路由的可靠程度。为了实现消息可靠传输的目的，要求DTN路由采用确认机制。

（4）路由的安全性。在DTN节点上极易受到虚假确认欺骗或者路由信息的攻击，因此要求做好检测，制定解决措施，以确保路由的安全性。

4 DTN路由的评估

（1）能耗。节点能耗问题作为DTN路由协议的核心问题必须认真加以对待，要有效降低能量消耗，从而达到提升DTN生命周期的目的。

（2）时延。端到端的时延与路由跳数有直接关联，同时时延与应用也密切相关，可以说时延大小直接决定了DTN应用范围的大小以及可用性的多少。

（3）存储空间。由于DTN节点资源有限，导致其中继负荷不可过多，不然丢包率就会增大，造成传输速率降低。

（4）可扩展性。从实际出发，要求DTN 路由协议要能够对大规模网络提供支持，其直接影响路由协议是否可用。

（5）安全性。所有DTN节点都可能遭受攻击的路由节点。其经常受到选择性转发、确认欺骗等各种威胁。这就要求保证路由信息具备完整性、保密性、可用性和抗攻击能力等。

（6）传输率。作为一项重要评估指标，进行路由设计时必须在资源消耗与传输率之间科学进行选择。

（7）复杂性。DTN路由协议一般由路由发现、维护、选择组成，但因受节点计算、存储能力以及能量等因素制约，要求其简单化，从而保证DTN节点的稳定运行。

DTN的路由协议评估指标还可以在此基础上划分得更细，依具体要求来划分。

5 结语

本文仅为DTN的概括性介绍，尽管提出了新的DTN路由评估指标，但DTN网络路由协议及其评估是一项非常繁杂的工程，因此还需在实践中不断地探索研究。相信，随着科技的迅猛发展，该路由协议也定会随之发展和完善，其评估也会不断创新，从而满足网络飞速发展的需要。

参考文献

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