CN102378300A

CN102378300A - 一种移动代理ma的动态路线选择方法

Info

Publication number: CN102378300A
Application number: CN2010102541189A
Authority: CN
Inventors: 徐启建; 代增全; 吴作顺; 孙志宇
Original assignee: No61 Inst Headquarters Of General Staff Pla
Current assignee: No61 Inst Headquarters Of General Staff Pla
Priority date: 2010-08-13
Filing date: 2010-08-13
Publication date: 2012-03-14

Abstract

本发明公开了一种移动代理MA的动态路线选择方法，方法包括移动代理MA驻留节点向所有待选邻居节点发送查询数据包，并等待接收满足条件的待选邻居节点回复的响应数据包；MA驻留节点接收待选邻居节点返回的响应数据包，得到待选邻居节点的数据信息，并根据所述数据信息选择价值最大的待选邻居节点作为MA下一个驻留节点。本发明综合考虑MA迁移过程中信息价值信息、消耗能量信息、节点剩余能量信息，并基于最优价值为MA选择下一个访问节点，提高MA迁移的有效性，降低网络的能量消耗，均衡网络负载，避免MA迁移到失效节点或者难以完成任务的节点。

Description

一种移动代理MA的动态路线选择方法

技术领域

本发明涉及网络通信技术领域，特别涉及一种融合网络中MA的路线选择方法。

背景技术

信息技术主要分信息处理、信息传输和信息获取三个部分。其中，信息处理主要依赖计算机；信息传输主要通过互联网和移动网；信息获取主要使用无线传感器网络WSN。目前，WSN是一种全新的信息获取平台，能够实时监测和采集网络分布区域内的各种检测对象的信息，并将这些信息发送到网关节点，以实现复杂的指定范围内目标检测与跟踪，具有快速展开、抗毁性强等特点，有着广阔的应用前景。具有巨大的发展空间，其与计算机网络的融合对于人类社会的方方面面都将产生巨大的影响。

融合网络管理的主要目标是使整个网络可管可控，优化网络资源配置，降低信息获取和信息处理的成本，延长信息获取网络的生命周期，发挥信息处理网络优势，提供持续稳定的服务来满足应用业务需求。因此，它要尽可能充分地利用有限的网络资源，保证应用业务的服务质量。

由于WSN的资源受限、自组织性、拓扑动态变化、大规模部署、网络自身通常存在异构性等特点，给融合网络管理带来了特殊性，传统固定网络和移动通信网络中使用的网路管理协议和技术无法被直接使用。WSN的网络管理是一个崭新的研究领域，最近才受到研究机构的关注。相对于传感器网络路由协议、MAC协议及对网络应用的研究，网络管理方案当前考虑的较少，2003年2月Linnyer B.Ruiz等在IEEE Communication Magazine上首次提出了WSN网络管理架构MANNA。WSN与计算机网络融合的网络管理更是缺少相关研究，如何对这种大规模的异构网络进行有效管控给广大科研人员提出了新的挑战。

移动代理MA具备的智能性、移动性、自主性和并行处理的特点为其带来了广泛的应用前景，网络管理是其最有潜力的应用领域之一。“迁移-计算-迁移”的工作模式以及MA间的通信和协作为大型异构网络的分布式应用提供了全新的整体解决方案，为WSN与计算机网络融合的网络管理提供了有力的技术支撑。MA技术的最大特点就是通过在路由主机上运行MA所携带的代码代替用户和路由主机进行交互，将交互的最终结果传回用户，从而达到为用户服务的目的。将MA技术应用到融合网络的网络管理系统中，可以有效的增强网络的可扩展性，克服网络间异构性以及WSN通信的不稳定性，减少网络数据流量，均衡网络负载。图1提供了基于MA的融合网络网络管理模式，MA通过对网络节点的访问完成网络管理任务。

目前，应用于异构融合网络中的MA迁移路线的选择是一个急需解决的关键问题，对节点访问顺序的选择会对网络能量的消耗产生巨大影响，然而寻找最优访问顺序被认为是一个NP(″non-deterministic polynomial time″)完全问题。MA的路线计划可以分为静态方式、动态方式和混合方式三类。所述静态方式指MA派遣之前迁移路线已经完全由派遣节点决定；所述动态方式指MA根据网络当前状态决定访问节点和访问路线；所述混合方式指派遣节点决定访问节点的集合，访问顺序由MA动态决定。所述静态方式可以应用在相对简单、明确的管理过程，即事先给出一张目标主机或设备的有序列表，MA携带该列表有序进行数据收集和网络管理。这种静态的路由策略需要假设MA派遣节点掌握所有待选驻留节点的位置信息，而且对于网络结构和信息内容动态变化的网络，以及非确定性的复杂网络管理任务，会明显导致路线选择方案性能下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种融合网络中移动代理MA的动态路线选择方法，为融合网络中实现高效、安全、可靠的网络管理提供保障。

根据本发明的一个方面，本发明提供的移动代理MA的动态路线选择方法包括：

移动代理MA驻留节点向所有待选邻居节点发送查询数据包QIP，并等待接收满足响应条件的待选邻居节点回复的响应数据包RIP；

MA驻留节点接收待选邻居节点返回的所述RIP，得到待选邻居节点的数据信息，并根据所述数据信息计算待选邻居节点的价值CV，选择价值最大的待选邻居节点作为MA下一个驻留节点。

所述QIP包含任务抽象信息、驻留节点发射功率信息。

所述RIP包含根据所述任务抽象信息得到的信息价值信息、根据驻留节点发射功率信息得到的传输损耗信息和邻居节点剩余能量信息。

其中，满足响应条件包括：

1、信息价值大于价值阈值；

2、传输损耗小于损耗阈值；

3、待选邻居节点剩余能量大于能量阈值。

根据本发明的另一个方面，本发明提供的移动代理MA的动态路线选择方法包括：

A)移动代理MA驻留节点N_i向多个待选驻留节点发送包含任务抽象信息和驻留节点发射功率信息的查询数据包QIP；

B)多个待选驻留节点接收并解析QIP，得到任务抽象信息和驻留节点发射功率信息，并根据所述任务抽象信息计算各自的信息价值V_j，根据驻留节点发射功率信息计算驻留节点至待选驻留节点之间的传输损耗cost_i，j，当待选驻留节点的信息价值V_j大于价值阈值V_T、传输损耗cost_i，j小于损耗阈值cost_T且待选驻留节点剩余能量E_j大于能量阈值E_T时，待选驻留节点向驻留节点N_i发送包含信息价值V_j、传输损耗cost_i，j和待选驻留节点剩余能量E_j的响应数据包RIP；

C)驻留节点N_i收到并解析返回的RIP，根据得到信息价值V_j、传输损耗cost_i，j和待选驻留节点剩余能量E_j，计算和比较多个待选驻留节点的价值CV，并选择价值最大的待选驻留节点作为MA下一个驻留节点。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明为应用于异构融合网络的MA提供了有效的动态路线选择算法，为WSN与计算机网络融合的网络管理提供了有力的技术支撑。

2、本发明通过QIP和RIP进行交互，将邻居节点或待选驻留节点可以提供的信息价值作为重要参考，提高了MA迁移的有效性，降低了网络的能量消耗，有效避免了MA对非必要节点的访问。

3、本发明对待选驻留节点的响应条件提出限制，可有效均衡网络负载，延长网络的生存时间。

附图说明

图1是基于MA的融合网络网络管理示意图；

图2是本发明第一实施例的MA的动态路线选择方法流程图；

图3是本发明第一实施例中参数权重因子W和任务抽象的生成示意图；

图4是本发明第二实施例的MA的动态路线选择方法流程图；

图5是本发明第二实施例中参数权重因子W、任务抽象和广播范围因数α的生成示意图；

图6是本发明第一实施例和第二实施例的QIP格式；

图7是本发明第一实施例和第二实施例的RIP格式。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1显示了基于MA的融合网络管理模式示意图，如图1所示，这种管理模式假定融合网络采用分簇网络结构，移动代理只访问簇头节点，如MA驻留节点、MA待选驻留节点。MA驻留节点接收MA派遣节点发送的用于管理的移动代理MA后，进行代理处理，处理完成后，向下一个待选驻留节点发送MA，直到移动代理完成管理任务，返回MA派遣节点。

图2显示了本发明实施例提供的一种MA选择下一访问节点的方法流程图，如图2所示，步骤包括：

步骤S201：MA驻留节点N_i确定权重因子W＝(W_vW_cW_e)和任务抽象。

步骤S202：MA驻留节点N_i向所有待选邻居节点发送包含任务抽象信息和驻留节点发射功率信息的查询数据包QIP，并等待接收满足响应条件的待选邻居节点回复的响应数据包RIP，邻居节点的标识为1、2、3…j。

步骤S203：MA驻留节点N_i接收待选邻居节点返回的所述RIP，得到待选邻居节点的信息价值V_j、传输损耗cost_i，j和邻居节点剩余能量E_j。

步骤S204：根据从RIP得到待选邻居节点的信息价值V_j、传输损耗cost_i，j和邻居节点剩余能量E_j，计算待选邻居节点的能量损耗C_i，j和待选邻居节点的基本信息集合N_iBI，其中：

C_{i, j} = D_{i} \cdot {\cos t}_{i, j} = (m + Σ_{k = 0}^{i} d_{k} \cdot f_{k}) \cdot {\cos t}_{i, j}

N_{i} BI = (\begin{matrix} V_{1} & V_{2} . . . & V_{j} \\ - C_{i, 1} & - C_{i, 2} . . . & {- C}_{i, j} \\ E_{1} & E_{2} & E_{j} \end{matrix})

步骤S205：MA驻留节点N_i根据待选邻居节点的能量损耗C_i，j和待选邻居节点的基本信息集合N_iBI计算待选邻居节点的价值CV，其中：

CV = ({CV}_{1} {CV}_{2} . . . {CV}_{j}) = W \times N_{i} BI = (W_{v} W_{c} W_{e}) \times (\begin{matrix} V_{1} & V_{2} . . . & V_{j} \\ - C_{i, 1} & - C_{i, 2} . . . & - C_{i, j} \\ E_{1} & E_{2} & E_{j} \end{matrix})

步骤S206：选择价值最大的待选邻居节点作为MA下一个驻留节点。

步骤S207：结束流程。

上述步骤S201中，所述权重因子W和所述任务抽象两个参数的生成示意图如图3所示，MA驻留节点根据任务完成度、初始约束条件、网络当前状态、需求信息特征，通过策略函数计算W＝(W_vW_cW_e)和任务抽象。其中，所述策略函数由派遣节点根据任务特性生成，并由MA出发时从派遣节点获取，不随MA的迁移而改变；所述W_v是信息价值的权重因子，W_c是能量损耗的权重因子，W_e是剩余能量的权重因子；所述任务抽象是策略函数根据任务需求和任务当前完成状态抽象出的当前感兴趣的信息特征。

上述步骤S202中，回复QIP的待选邻居节点应满足的响应条件包括：

1、信息价值大于价值阈值；

2、传输损耗小于损耗阈值；

3、待选邻居节点剩余能量大于能量阈值。

其中，所述QIP的格式如图6所示，PT表示QIP类型；ID表示驻留节点身份标识；TA表示任务抽象；TP表示驻留节点发射功率，EN表示驻留节点剩余能量。

上述步骤S203中，所述RIP的格式如图7所示，PT表示RIP类型；ID表示待选驻留节点身份标识；EN表示节点剩余能量E_j；IV表示信息价值V_j；CC为传输损耗cost_i，j。

上述步骤S204中，

其中，D_i是MA离开第i个驻留节点N_i时需要携带的数据量；m为移动代理的初始大小；f为数据量的压缩比例，其大小在(0，1)区间，由驻留节点根据MA携带的约束条件和自身能力确定，是综合反应任务需求和节点能力的变量。

上述步骤S206中，若邻居节点中第k个节点N_k的价值最大，则选择节点N_k为MA下一个驻留节点，即N_k需满足以下条件：

CV_k＝max(CV₁CV₂...CV_j)，(1≤k≤j)

选择价值是反映MA迁移信息价值、消耗能量、节点剩余能量的变量，价值最大的邻居节点是整体效用最佳的节点。

图4显示了本发明实施例提供的另一种MA选择下一访问节点的方法流程图，如图4所示，步骤包括：

步骤S401：MA驻留节点N_i确定权重因子W＝(W_vW_cW_e)、任务抽象和驻留节点广播范围因数α，其中，所述W_v是信息价值权重因子，W_c是能量损耗权重因子，W_e是剩余能量权重因子。

步骤S402：MA驻留节点N_i在α·R_max广播范围内的待选驻留节点广播包含任务抽象信息、驻留节点发射功率信息和驻留节点剩余能量信息的访问请求数据包QIP，其中，所述R_max为最大广播半径。

步骤S403：MA驻留节点N_i等待接收待选驻留节点返回的响应数据包RIP。

步骤S404：待选驻留节点收到QIP后，解析得到数据包中的任务抽象信息、驻留节点发射功率信息和驻留节点剩余能量信息，待选驻留节点任务抽象信息获取本次任务所需的信息特征，结合自身当前状态和收集的信息特点计算出信息价值V_j和价值阈值V_T；节点根据驻留节点发射功率信息计算驻留节点和待选驻留节点之间的传输损耗cost_i，j，根据驻留节点剩余能量信息和本节点的信息价值确定损耗阈值cost_T；根据待选驻留节点接收代理、任务处理、发射代理所需要的能量确定能量阈值E_T，并确定待选节点剩余能量E_j。

步骤S405：当待选驻留节点的信息价值V_j大于价值阈值V_T、传输损耗cost_i，j小于损耗阈值cost_T且待选驻留节点剩余能量E_j大于能量阈值E_T时，进行步骤S406，当待选驻留节点的信息价值V_j不大于价值阈值V_T或传输损耗cost_i，j不小于损耗阈值cost_T或剩余能量E_j不大于能量阈值E_T时，进行步骤S411。即满足以下公式时，进行步骤S406：

(V_j＞V_T&&E_j＞E_T&&cost_i，j＜cost_T)＝1

步骤S406：多个待选驻留节点生成包含信息价值V_j、传输损耗cost_i，j和待选驻留节点剩余能量E_j的响应数据包RIP，并发送给MA驻留节点N_i，假设响应N_i驻留节点的待选驻留节点的标识为1、2、3…j。

步骤S407：MA驻留节点N_i接收并解析RIP，得到信息价值V_j、传输损耗cost_i，j和待选驻留节点剩余能量E_j，计算驻留节点至待选驻留节点的能量损耗C_i，j和待选驻留节点的基本信息集合N_iBI。

C_{i, j} = D_{i} \cdot {\cos t}_{i, j} = (m + Σ_{k = 0}^{i} d_{k} \cdot f_{k}) \cdot {\cos t}_{i, j}

N_{i} BI = (\begin{matrix} V_{1} & V_{2} . . . & V_{j} \\ - C_{i, 1} & - C_{i, 2} . . . & {- C}_{i, j} \\ E_{1} & E_{2} & E_{j} \end{matrix})

步骤S408：MA驻留节点N_i根据待选驻留节点的能量损耗C_i，j和待选驻留节点的基本信息集合N_iBI计算待选驻留节点的价值CV。

CV = ({CV}_{1} {CV}_{2} . . . {CV}_{j}) = W \times N_{i} BI = (W_{v} W_{c} W_{e}) \times (\begin{matrix} V_{1} & V_{2} . . . & V_{j} \\ - C_{i, 1} & - C_{i, 2} . . . & - C_{i, j} \\ E_{1} & E_{2} & E_{j} \end{matrix})

步骤S409：选择价值最大的待选驻留节点作为MA下一个驻留节点。

步骤S410：结束流程。

步骤S411：待选驻留节点不进行响应，结束流程。

上述步骤S401中，所述权重因子W、任务抽象和广播范围因数α三个参数的生成示意图如图5所示，MA驻留节点根据任务完成度、初始约束条件、网络当前状态、需求信息特征，通过策略函数完成对W＝(W_vW_cW_e)、任务抽象、α值的计算。

其中，所述策略函数由派遣节点根据任务特性生成，并由MA出发时从派遣节点获取，不随MA的迁移而改变。所述权重因子W用于计算待选驻留节点的价值，W_v、W_c和W_e可以随优先策略动态改变；所述优先策略适合于实时性要求较高的任务，增大权重，可加快信息的获取，提高MA完成任务的速度，任务完成后，MA快速的返回到派遣节点，满足实时性需求。所述任务抽象是策略函数根据任务需求和任务当前完成状态抽象出的当前感兴趣的信息特征。广播范围因数α在(0，1)区间，如果MA在驻留节点获取信息价值对于本次任务价值较高，则考虑该驻留节点周围的邻居节点同样获取了对本次任务完成有价值的信息，α适当调小，如果任务实时性要求较高，则需要加快MA的迁移速度，α适当增大。

上述步骤S402中，所述QIP的格式如图6所示，PT表示QIP类型；ID表示驻留节点身份标识；TA表示任务抽象；TP表示驻留节点发射功率，EN表示驻留节点剩余能量。

上述步骤S405中，如果待选驻留节点收集的信息对于本次管理任务的完成没有多大价值，即V_j不大于价值阈值V_T时，节点不能作为下一个驻留节点。

上述步骤S405中，待选驻留节点的能量消耗主要来自于节点间的通信能耗，如果通信损耗过大，会给发射节点带来过多的能量消耗，因此，需要将传输损耗cost_i j作为重要的判断依据。待选驻留节点根据QIP中的驻留节点发射功率信息计算两个点之间的传输损耗cost_i，j，并根据EN字段和信息价值确定损耗阈值cost_T，只有传输损耗小于损耗阈值cost_T的待选驻留节点可以向MA驻留节点发起响应。

上述步骤S405中，MA给驻留节点主要带来包括接收代理、任务处理、发射代理三个方面的能耗。待选驻留节点接收MA后，首先要能够完成任务处理和发射代理的任务，同时要考虑网络的负载均衡，防止节点过早死亡，对于节点能量不大于阈值E_T的节点不能选为下一个驻留节点。

上述步骤S406中，所述RIP的格式如图7所示，PT表示RIP类型；ID表示待选驻留节点身份标识；EN表示节点剩余能量E_j；IV表示信息价值V_j；CC为传输损耗cost_i，j。

上述步骤S407中，所述

D_i是MA离开第i个驻留节点N_i时需要携带的数据量；m为移动代理的初始大小；f为数据量的压缩比例，其大小在(0，1)区间，由驻留节点根据MA携带的约束条件和自身能力确定，是综合反应任务需求和节点能力的变量。

上述步骤S409中，若待选驻留节点中第k个节点N_k的价值最大，则选择节点N_k为MA下一个驻留节点，即N_k需满足以下条件：

CV_k＝max(CV₁CV₂...CV_j)，(1≤k≤j)

选择价值是反映MA迁移信息价值、消耗能量、节点剩余能量的变量，价值最大的待选驻留节点是整体效用最佳的节点。

本发明通过基于最优价值的动态路线选择方案确保MA高效的获取网络信息、降低MA完成任务所需的时间、均衡网络能耗延长网络寿命、提高任务完成的精确性，为高效、安全、可靠的融合网络管理提供了保障。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所做的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims

1.一种移动代理MA的动态路线选择方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的MA的动态路线选择方法，其特征在于，所述QIP包含任务抽象信息、驻留节点发射功率信息。

3.根据权利要求2所述的MA的动态路线选择方法，其特征在于，所述RIP包含根据所述任务抽象信息得到的信息价值信息V_j、根据驻留节点发射功率信息得到的传输损耗信息cost_i，j和邻居节点剩余能量信息E_j。

4.根据权利要求3所述的MA的动态路线选择方法，其特征在于，根据传输损耗信息cost_i，j得到能量损耗信息C_i，j，并根据所述信息价值信息V_j、能量损耗信息C_i，j和邻居节点剩余能量信息E_j，利用如下公式计算所有邻居节点的价值CV：

CV = ({CV}_{1} {CV}_{2} . . . {CV}_{j}) = W \times (\begin{matrix} V_{1} & V_{2} . . . & V_{j} \\ - C_{i, 1} & - C_{i, 2} . . . & - C_{i, j} \\ E_{1} & E_{2} & E_{j} \end{matrix}) = (W_{v} W_{c} W_{e}) \times (\begin{matrix} V_{1} & V_{2} . . . & V_{j} \\ - C_{i, 1} & - C_{i, 2} . . . & - C_{i, j} \\ E_{1} & E_{2} & E_{j} \end{matrix})

其中，

m为移动代理的初始大小，d为MA驻留节点存储的数据量，f为数据量的压缩比例；所述W＝(W_vW_cW_e)，W_v是信息价值的权重因子，W_c是能量损耗的权重因子，W_e是剩余能量的权重因子。

5.一种MA的动态路线选择方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的MA的动态路线选择方法，其特征在于，步骤A)中，MA驻留节点N_i向在半径为α·R_max广播范围内的待选驻留节点发送QIP，所述α是在(0，1)区间内的广播范围因数，所述R_max为最大广播半径。

7.根据权利要求5所述的MA的动态路线选择方法，其特征在于，步骤B)中，当待选驻留节点的信息价值V_j不大于价值阈值V_T或传输损耗cost_i，j不小于损耗阈值cost_T或剩余能量E_j不大于能量阈值E_T时，待选驻留节点不进行响应。

8.根据权利要求7所述的MA的动态路线选择方法，其特征在于，所述QIP中还包含驻留节点剩余能量信息，用于确定损耗阈值cost_T。

9.根据权利要求5所述的MA的动态路线选择方法，其特征在于，步骤C)中，所述多个待选驻留节点的价值CV通过以下公式确定：

CV = ({CV}_{1} {CV}_{2} . . . {CV}_{j}) = W \times (\begin{matrix} V_{1} & V_{2} . . . & V_{j} \\ - C_{i, 1} & - C_{i, 2} . . . & - C_{i, j} \\ E_{1} & E_{2} & E_{j} \end{matrix}) = (W_{v} W_{c} W_{e}) \times (\begin{matrix} V_{1} & V_{2} . . . & V_{j} \\ - C_{i, 1} & - C_{i, 2} . . . & - C_{i, j} \\ E_{1} & E_{2} & E_{j} \end{matrix})

其中，所述C_i，j为MA从驻留节点N_i迁移到待选驻留节点的能量消耗，m为移动代理的初始大小，d为MA驻留节点存储的数据量，f为数据量的压缩比例；所述W＝(W_vW_cW_e)，W_v是信息价值的权重因子，W_c是能量损耗的权重因子，W_e是剩余能量的权重因子。

10.根据权利要求5至9任意一项所述的MA动态路线选择方法，其特征在于，所述方法还包括，在执行步骤A)前，驻留节点根据初始约束条件、任务完成程度、网络当前状态和需求信息特征，通过MA携带的策略函数计算W，任务抽象和α。