移动自组网络中数据复制技术研究

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1、国防科学技术大学研究生院学位论文摘要移动自组网络是一种在没有骨干网络条件下由移动节点通过分布式协议自组织起柬的无线网络系统。由于不需要固定网络基础设施的支持，移动自组网络在数字战场、抢险救灾等特殊环境中有着广泛的应用。数据复制技术对提高数据的可用性和数据访问的性能有着重要的意义。移动自组网络由于其自组性、移动性、多跳性、资源有限性等特点使数据复制技术面临新的挑战。本文针对移动自组网络给数据复制带来的问题，提出了基于分簇的数据复制协议CDRP。CDRP协议主要包括分簇算法、元数据管理、副本管理和概率可靠的分发协议四部分。其主要目标是提高数据可用性，并在此

2、前提下减少数据访问的通信开销和协议带来的网络负载，以提高数据访问的性能并增强协议的可扩展性。本文着重研究了CDRP协议中的分簇算法疗，SPCd、副本放置算法和概率可靠分发协议PLPD。基于口．稳定路径的分簇算法a-SPCA是CDRP协议的基础，其目的是通过分簇预测网络分割。该算法根据节点的当前位置和移动模式预测邻居节点问的连接概率，从而预测两个节点间的路径可用概率；并基于节点间的路径可用概率对节点进行分簇，使簇内任意两个节点间的路径可用概率大于某个预定阈值。由于a-SPCA算法基于路径可用概率分簇，因此形成的簇能适应节点的移动性，并且可以有效地预测网络

3、分割。本文对算法的复杂性进行了理论分析，对簇的性质进行了理论证明和实验分析。副本放置管理决定数据项副本的数量和位置。～方面，节点的移动性常常会引起链路断接甚至网络分割，网络分割可能导致数据项不可访问，从而降低数据的可用性。为了提高数据可用性，本文提出了基于分簇的副本放置算法CDRA，该算法在分簇算法a-SPCA的基础上动态复制每个簇所需的数据项。每个簇首节点根据簇内节点存储空间大小和簇内节点对各数据项访问频度的总和决定本簇需要复制的数据项，并完成节点加入／离开簇时的数据项副本管理。由于CDRA算法通过a-SPCA分簇预测网络分割，并在网络分割前复制数据

4、，因此提高了网络分割情况下的数据可用性。另一方面，移动自组网络中数据访问的通信开销是影响数据访问性能的最重要因素之一，为了提高数据访问的性能，本文提出了簇内基于稳定邻居的动态自适应副本放置算法EARAMSN。该算法根据簇内节点对数据项读写请求的动态变化以及簇内节点的动态分布自适应地调整簇内数据项副本的位置和数量，以减少簇内数据访问的通信开销，提高数据访问的性能。CDRP协议中的概率可靠分发协议PLPD用于在簇间分发数据索引目录和数据项副本的更新消息，以维护簇首问的数据索引目录以及数据项副本的一致性。与其它概率分发协议不同，PLPD协议是拓扑感知的组通信

5、协议，其组成员管理不需要全网泛洪控制信息。该协议中每个组成员维护其邻近区域里的部分组成员视图，并以概率向这些组成员转发数据消息。由于PLPD协议考虑了节点的地理位置，将组成员管理和消息分发限制在局部区域内，因此该协议在保证高概率可靠性日口提下有效地减少了网络负载，具有良好的可扩展性。本文使用渗流理论对PLPD协议的概率分发过程进行建模和分析，从第1页国防科学技术大学研究生院学位论文理论上证明了当分发概率大于某个闽值时，每个消息被分发到所有组成员的概率为1。模拟实验结果验证了PLPD协议的正确性，并且表明在大规模移动自组网络环境中，该协议在保证高概率可靠

6、性前提下可以有效地减少网络负载，具有良好的可扩展性。移动自组网络环境中数据复制技术的研究对移动自组网络的应用将起到重要的推动作用。然而对移动自组网络环境中数据复制技术的研究尚处于起步阶段，为使之实用化还需付出更多的努力。关键词：移动自组网络，无线网络，数据复制，副本放置，分簇，渗流，组通信概率可靠组通信，模拟第lI页国防科学技术大学研究生院学位论文ABSTRACTAmobileadhocnetwork(MANET)isaspecialwirelessnetworkthatisself-organizedbymobilenodescommunicatin

7、gwithdistributedprotocols．MANETcanworkinabsenceoffixedinfrastructures，thereforeitcanbeusedinmanysituationswheretemporarynetworkconnectivityisrequired，forexampleinbattlefieldsandinthedisasterrecovery．Thedatareplicationtechnologyiscrucialtoimprovedataavailabilityanddataaccessperfo

8、rmance．However，datamanagementiSmorecomplicatedi