无线多跳网络的数据驱动路由问题研究

无线多跳网络和物联网近年得到了迅猛发展，数据驱动路由是其中最主要的基础问题之一。本项目从基本理论和实现方法两个角度研究数据驱动路由的四个基础科学问题：研究基于Bloom滤波全状态路由思想的可行性问题，提出能够确保任意路由条目发生假阳性误判的概率足够低的理论方法，通过杜绝泛洪和随机搜索确保该路由思想在理论和实践上首次具备可行性和高效性；研究基于Bloom滤波弱状态路由思想的可行性问题，提出面向接收方的Bloom滤波设计理论和方法，有效满足弱状态概率路由的充分和必要条件，确保该路由思想在理论和实践上首次具备可行性和高效性；在此基础上，研究基于Bloom滤波的两类路由机制中报文回流和多径叠加的应对理论和方法，避免其演变为泛洪广播等不良路由机制，大幅提高其实际数据驱动的路由效果；研究数据副本和Bloom滤波相结合的路由机制，解决原有路由机制仅在查询消息进入目标节点传播范围内才能有效工作的缺陷。

无线多跳网络和物联网近年得到了迅猛发展，数据驱动路由是其中最主要的基础问题之一。尽管基于Bloom滤波的全状态路由和弱状态路由方法的研究已经取得了一些研究成果，并为无线多跳网络的数据应用奠定了一定的理论和应用基础。但是，这两类数据路由方法从理论和实践两方面都会演变成为泛洪广播这种无序路由机制，无法确保数据驱动路由的可行性和高效性。本项目项目从基本理论和实现方法两个角度研究了无线多跳网络的数据驱动路由机制，主要研究成果包括：.（1）研究了基于Bloom滤波的新型全状态路由机制。首先对基于Bloom滤波全状态路由思想的可行性进行了建模分析，提出了能够确保任意路由条目发生假阳性误判的概率足够低的两个充分必要条件，并提出了面向接收方的Bloom滤波设计方法，通过杜绝泛洪和随机搜索确保该路由思想在理论和实践上首次具备可行性和高效性；.（2）研究了基于Bloom滤波的新型弱状态路由机制。首先发现路由条目的信息噪音会致使大多数消息会被沿着不正确的邻居方向转发进而偏离潜在的目标结点。为此，我们度量了每个节点上其他路由条目存在的信息噪音对弱状态路由选择正确路由方向产生的影响。推导出有效实现基于Bloom滤波的弱状态路由机制的充分和必要条件，并提出了面向接收方的Bloom滤波优化方法，确保该路由思想在理论和实践上首次具备可行性和高效性。.（3）研究发现基于Bloom滤波的弱状态路由机制并没有关注和解决回流和多径叠加问题，这会使查询消息可能沿着错误的方向传递。针对弱状态路由机制我们提出了一种新的Bloom滤波结构Object Bloom Filter (OBF)，其将替代标准Bloom滤波来构造每条路由条目。解决了信息多径叠加问题，有效抑制噪音的影响。避免其演变为泛洪广播等不良路由机制，大幅提高其实际数据驱动的路由效果；.（4）研究了数据副本和Bloom滤波相结合的路由机制，解决了原有路由机制仅在查询消息进入目标节点传播范围内才能有效工作的缺陷。为减少副本复制的数量和查询消息的个数，我们提出了基于副本复制和Bloom Filter的网络覆盖算法DCBF。DCBF仅需要少量的副本，即可使得资源对象的成员资格信息覆盖网络中绝大多数节点。从而使得网络中任何一个节点，发起针对任何一个资源对象的查询，均能够以极低的查询代价，在确定的路由延迟范围内，高概率的路由到目标节点