CN103001874B - 一种基于节点标签集的延迟容忍移动社会网络路由方法 - Google Patents

Abstract

随着延迟容忍网络研究的深入，延迟容忍移动社会网络最近成为研究的热点，现有的适用于该网络的路由，大都是通过分析节点间的社会关系，根据节点的社会关系将节点划分到不同的社区之中，借助节点间关系进行寻路转发。但是节点的社会关系由于所有者“人”的影响，社会关系微妙复杂难于分析，并且节点计算维护开销较大。本发明借助于标签的概念，让每个节点仅仅需要根据自身情况维护自己的标签集，无需了解其他节点的信息，借助于节点的标签集进行寻路转发，并且根据目的节点知识程度的不同分别提出适合相应情况的寻路转发策略，该方法新颖简单高效。

Description

一种基于节点标签集的延迟容忍移动社会网络路由方法

技术领域

本发明针对延迟容忍移动社会网络（Delay Tolerant Mobile Social Networks,简称DTMSN）提出了一种基于标签的路由方法，主要用来解决延迟容忍移动社会网络中节点之间社会关系较难获得的情况下如何实现简单高效的路由问题，属于计算机无线通信技术领域。

背景技术

传统的Internet采用TCP/IP（Transfer Control Protocol/Internet Protocol）协议族作为体系结构，它要求网络的端到端有稳定的连接。然而一些建立在极端环境或者缺少通信基础设施的网络并不能满足网络端到端持续稳定的连接，使得传统的网络体系结构不再适用。如星际网络、乡村网络、野外科考网络等。为了实现网络在这些环境下的通信，延迟容忍网络（DelayTolerant Network，DTN）应运而生。延迟容忍网络采用一种新型的端到端存储转发的网络体系结构，很好的解决了端到端不存在稳定连接条件下的通信问题。延迟容忍网络具有间歇连接、频繁割裂、时延较高等特点。

近年来，智能手机、掌上电脑等便携式移动通信设备由于成本的降低、性能的提高和体积的缩小，得到快速的普及和广泛的应用。WiFi，蓝牙等技术的发展又使得这些个人移动设备之间在不借助于运营商的通信基础设施的情况下能够方便快速的实现本地通信。由这种便携式移动通信设备节点组成的延迟容忍移动社会网络（Delay Tolerant Mobile Social Network）因此诞生。在该网络中，节点的移动不再是随机的，而是受到其所有者“人”的控制。人是具有社会性的，人与人之间的社会关系使得节点间的通信也具有了社会性。

延迟容忍移动社会网络同样由于节点的移动使得网络拓扑的变化较为频繁，网络出现较多的分割情况，任何时候端到端之间很难存在一条稳定持续的路由，不适合使用需要维持端到端路由的MANET(Mobile Adhocnetwork，移动自组网络)路由，因此亟需研究适用于该网络的路由。目前对于延迟容忍移动社会网络的路由方法也有了一定的研究，典型的是利用节点之间友好关系强度的不同，将节点划分到不同的好友簇中，节点分别通过自己的好友簇中的好友将信息逐跳转给目的节点。该路由方法中簇内的节点需要维护与该好友簇中所有节点的友好关系，并且节点之间的友好关系一般是根据节点之间的历史统计相遇次数来判定，这种友好关系获得方式不仅复杂而且有很大的不确定性，毕竟节点持有者“人”的关系是受各种社会因素影响的，复杂而且微妙，仅仅通过历史相遇次数不能反应节点之间的友好关系。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种基于节点标签集的延迟容忍移动社会网络路由方法，来解决在节点之间友好关系较难获得的情况下如何实现高效的路由问题。通过使用本发明提出的方法，节点仅仅需要维护自己的信息，无需获得并维护与其他节点之间的关系，在减少节点计算和维护开销的情况下，借助于节点的标签集实现高效的数据路由。

技术方案：本发明提出的路由方案另辟蹊径，将每一个安装有标签管理系统应用程序且具有通信能力的移动设备视作一个节点，每个节点可以从标签管理系统选择有多个符合自己社会属性信息的标签构成自己的标签集，然后利用节点的标签身份实现路由的高效转发。其中：

标签：节点社会属性信息的标识，如“南京邮电大学”，“读书协会”，“2011级”都可以作为节点的标签。

标签集：多个标签的集合。每个节点维护自己的标签集。

标签管理系统：实现标签统一定义，发布和规范化管理的应用程序。节点的标签都来自于标签管理系统，不存在标签管理系统以外的标签，标签管理系统可以发布到网上供节点下载使用。

标准标签库：经标签管理系统规范化处理后形成的标签集合库。

一、体系结构

本发明的技术方案具体由三个部分组成：（一）建立标准标签库；（二）节点自身标签集的获取与管理；（三）基于标签集的寻路转发。

二、方法流程

本方法包括以上所述3个部分，对每部分的详细论述如下：

（一）建立标准标签库

标签管理系统主要负责对系统所处环境中标签的收集、标签的统一化以及标准化标签库的发布三个部分工作。标准标签库建立的具体步骤如下。

1）每个移动节点根据自身的实际情况创建描述自身属性信息的具有明确语义的初始标签集，此步骤是节点分布创建的，初始标签集中的标签可能会出现同义不同名的不一致性。

2）标签管理系统收集分布在各个节点的标签集。

3）标签管理系统对收集到的标签进行命名和标识的规范化，即对于语义相同的标签指定一个统一的命名，并给每个命名的标签一个标识ID。规范化后的每个标签由两部分组成L=(LabelID，LabelName)，其中LabelID是一个数字序列，LabelName是语义明确的字符串，这两部分是一一对应的，对应关系由标签管理系统负责。

4）所有的标签进行规范化后，便得到了由这些标签组成的标准的标签库。标签管理系统将标签库发布供节点使用。

（二）节点自身标签集的获取与管理

节点自身标签集的获取和管理主要包括新标签的获取和过时标签的管理两部分。节点可以从标准的标签库中获取符合自身信息的标签，随着节点社会活动的变化节点已有的一些标签已经不符合节点自身信息，成为过时的标签，节点应将这些标签进行删除。节点自身标签集管理的主要步骤如下：

1）节点根据自身当前社会活动情况，从标准标签库中获取符合当前自身信息的标签，组成反映自己信息的标签集I_id={L|L∈D∩R(id，L)=true}，其中id是节点的标识，D为标准标签库，R(id，L)是一个布尔型的函数，如果标签L符合节点id的身份信息，该函数返回true，否则为false。

2）随着节点社会活动情况的变化，节点可以选择新的标签加入到自己的标签集，也可以将不再符合自身信息的过时的标签从自己的标签集中删除。

（三）基于标签集的寻路转发

基于标签集的寻路转发分为两种情形：情形1、目的节点的身份信息对于源节点来说是零知识的。即源节点不知道关于目的节点的任何标签信息；

情形2、目的节点的身份信息对于源节点而言是部分知识或全知识的。即源节点知道目的节点的部分标签或者全部标签信息。一般情况下，社会网络中的源节点都是有目的的转发，源节点或多或少知道关于目的节点的某些标签信息。不失一般性，假设节点s有一个发往目的节点d的信息msg，信息的副本数量限定为Num(s，msg)。移动节点s遇到移动节点i时，s要选择是否通过节点i进行数据转发，以及通过i转发分配给它的相应的副本数量。基于标签集的寻路转发的主要步骤如下：

情形1：目的节点的身份信息是零知识的。

在情形1中，节点对于目的节点是零知识的，源节点由于不知道关于目的节点的任何标签信息，考虑到节点间标签的不相似性反应了节点社会活动范围的不同，它需要尽可能的利用各种各样的不同标签节点尽快的找到目的节点。因此情形1主要借助节点间标签的不相似性进行数据的分发。主要步骤如下：

1）判断节点i是否为目的节点，若是转步骤8），否则转步骤2）

2）判断Num(s，msg)=1是否成立，若是转步骤7），否则转步骤3）

3）节点s计算自己标签集I_s={L|L∈D∩R(s，L)=true}跟节点i标签集I_i={L|L∈D∩R(i，L)=true}的交集Sim(I_s,I_i)；

4）如果I_i-Sim(I_s,I_i)=Φ，节点不通过节点i进行信息转发转步骤6），否则转步骤5）；

5）节点s将通过节点i进行信息转发并且分给节点i信息msg的副本数量为节点s中消息msg的副本数量变为Num(s，msg)=Num(s，msg)-Num(i，msg)；

6）节点携带msg继续移动直到遇到新的节点转步骤1）；

7）节点s不会通过任何中继节点转发信息msg，等待遇到目的节点；

8）节点s直接将信息msg交付给目的节点，并删除信息msg的副本，过程结束；

情形2：目的节点的身份信息是部分知识或全知识的。

在情形2中，节点知道目的节点某些标签信息。假设节点所知道的目的节点的标签集为这样信息的转发具有很强的目的性，因此信息的寻路转发主要是尽可能利用跟目的节点标签具有相似性的节点进行转发，防止信息转发给与目的节点标签集没有交集的节点造成资源的浪费。主要步骤如下：

1）判断节点i是否为目的节点，如果是转步骤5），否则转步骤2）；

2）计算Sim(I_i,I′_d)和Sim(I_s,I′_d)，如果Sim(I_i,I′_d)=Φ，信息不会转发给节点i，转步骤4），否则转步骤3）；

3）节点s将数量的信息副本发给节点i，剩余副本数量Num(s，msg)=Num(s，msg)-Num(i，msg)，判断Num(s，msg)=0是否成立，若是转步骤6），否则转步骤4）；

4）节点s携带属于自己副本数量的信息msg继续移动，直到遇到新节点转步骤1）；

5）节点将信息交付给目的节点，并删除相应的副本。

6）节点s转发信息msg的过程结束。

有益效果：本发明提出了一种新型的基于节点标签集的延迟容忍移动社会网络路由方法，主要用于解决在延迟容忍移动社会网络中节点间社会关系较难获得的情况下如何实现高效路由的问题。该方法跟现有技术相比具有如下优点：

（1）该方法中节点仅仅需要根据自身实际情况记录维护自己的标签信息，无需计算维护与其它节点之间的社会关系，降低开销。

（2）移动社会网络中节点间的社会关系受多种因素影响非常复杂，难于分析获得。在该方法中，节点仅仅需要知道自己的社会活动情况，然后据此给自己“贴”上标签，利用标签集进行寻路转发，简单易于实现。

（3）该方法针对源节点对目的节点知识程度的不同，具体情况具体分析。针对不同的情况提出不同的寻路策略，针对性强。

附图说明

图1网络组成结构图。

图2方法总流程概要图。

图3目的节点的身份信息是零知识情形下的寻路转发流程图。

图4目的节点的身份信息部分知识或全知识情形下的寻路转发流程图。

具体实施方式

本发明一种新型的基于节点标签集的延迟容忍移动社会网络路由方法，借助节点自身的标签集，进行延迟容忍移动社会网络路由的寻路转发。

首先部署如图1所示的网络环境，该网络主要包括具有通信功能的移动节点（如智能手机、PDA等）和标签管理系统。移动节点可以访问标签管理系统并且安装相应的标签应用程序，标签管理系统包括上层应用以及标准的标签库。

该方法主要包括（一）建立标准标签库；（二）节点自身标签集的获取与管理；（三）基于标签集的寻路转发3个主要步骤，如图2所示。下面就这3个部分进行详细的阐述：

（一）建立标准标签库

标签管理系统主要负责对系统所处环境中标签的收集、标签的统一化以及标准化标签库的发布三个部分工作。标准标签库建立的具体步骤如下。

1）每个具有唯一的id标识的节点根据自身的实际情况采用标签应用程序创建描述自身属性信息pi_i具有明确语义的标签，这些标签组成节点id的初始标签集I′_id={pi₁,pi₂，…}。

2）各个节点将自己的初始标签集I′_id={pi₁,pi₂，…}，发送给标签管理系统。

3）标签管理系统对收集来的所有的初始标签集I′_id={pi₁,pi₂，…}中的标签通过对比整合进行命名的统一，并分配给每个标签由标签号LabelID和标签名LabelName组成的二元组L=(LabelID，LabelName)作为标签的唯一标识。

4）经过上述步骤后，形成了由元数据L=(LabelID，LabelName)组成的标准标签库。

（二）节点自身标签集的获取与管理；

标准的标签库建立以后，节点就可以从标签应用程序中获取标签库中的标签，给自己“贴”上符合自身社会活动情况的标准标签，方便节点间的交流。如果节点社会活动情况发生了改变节点可以“贴”新标签，并且将过时的标签删除，根据自身情况实时更新标签集。该步主要步骤如下：

1）节点id通过应用程序，从标签库中选择符合自身社会活动情况的标签组成自己的标准标签集I_id={L|L∈D∩R(id，L)=true}，其中R(id，L)是一个布尔型的函数，如果标签L符合节点id的身份信息，该函数返回true。

2）如果节点的社会活动发生改变，节点可以选择新的标签L加入到自己的标签集，并且将标签集I_id={L|L∈D∩R(id，L)=true}中已经失效的标签删除。

（三）基于标签集的寻路转发；

此部分分为两种情形分别提出适合具体情形的寻路转发策略：情形1、目的节点的身份信息对于源节点来说是零知识的。即源节点不知道关于目的节点的任何标签信息；情形2、目的节点的身份信息对于源节点而言是部分知识或全知识的。即源节点知道目的节点的部分标签或者全部标签信息。一般情况下，社会网络中的源节点都是有目的的转发，源节点或多或少知道关于目的节点的某些标签信息。不失一般性，假设节点s有一个发往目的节点d的信息msg，信息的副本数量限定为Num(S，msg)。移动节点s遇到移动节点i时，s要选择是否通过节点i进行数据转发，以及通过i转发分配给它的相应的副本数量。基于标签集的寻路转发包括上述两种不同情形下的寻路转发，它们分别的过程如下：

情形1：目的节点的身份信息是零知识的。

在情形1中，节点对于目的节点是零知识的，源节点由于不知道关于目的节点的任何标签信息，考虑到节点间标签的不相似性反应了节点社会活动范围的不同，它需要尽可能的利用各种各样的不同标签节点尽快的找到目的节点。因此情形1主要借助节点间标签的不相似性进行数据的分发。主要步骤如下：

1）判断节点i是否为目的节点，若是转步骤8），否则转步骤2）；

2）判断Num(s，msg)=1是否成立，若是转步骤7），否则转步骤3）；

3）节点s计算自己标签集I_s={L|L∈D∩R(s，L)=true}跟节点i标签集I_i={L|L∈D∩R(i，L)=true}的交集Sim(I_s,I_i)；

4）如果I_i-Sim(I_s,I_i)=Φ，节点不通过节点i进行信息转发转步骤6），否则转步骤5）；

5）节点s将通过节点i进行信息转发并且分给节点i信息msg的副本数量为节点s中消息msg的副本数量变为Num(s，mag)=Num(s，msg)-Num(i，msg)；

6）节点携带msg继续移动直到遇到新的节点转步骤1）；

7）节点s不会通过任何中继节点转发信息msg，等待遇到目的节点；

8）节点s直接将信息msg交付给目的节点，并删除信息msg的副本，过程结束；

情形2：目的节点的身份信息是部分知识或全知识的。

在情形2中，节点知道目的节点某些标签信息。假设节点所知道的目的节点的标签集为这样信息的转发具有很强的目的性，因此信息的寻路转发主要是尽可能利用跟目的节点标签具有相似性的节点进行转发，防止信息转发给跟目的节点标签集没有交集的节点造成资源的浪费。主要步骤如下：

1）判断节点i是否为目的节点，如果是转步骤5），否则转步骤2）；

2）计算Sim(I_i,I′_d)和Sim(I_s,I′_d)，如果Sim(I_i,I′_d)=Φ，信息不会转发给节点i，转步骤4），否则转步骤3）；

3）节点s将数量的信息副本发给节点i，剩余副本数量Num(s，msg)=Num(s，msg)-Num(i，msg)，判断Num(s，msg)=0是否成立，若是转步骤6），否则转步骤4）；

4）节点s携带属于自己副本数量的信息msg继续移动，直到遇到新节点转步骤1）；

5）节点将信息交付给目的节点，并删除相应的副本；

6）节点s转发信息msg的过程结束。

Claims (1)

1.一种基于节点标签集的延迟容忍移动社会网络路由方法，其特征在于它包含以下三个部分：

一)建立标准标签库：

1)每个具有唯一的id标识的移动节点根据自身的实际情况采用标签应用程序分布式创建描述自身属性信息具有明确语义的标签pi_i，这些标签组成节点id的初始标签集I′_id＝{pi₁,pi₂，…}；

2)标签管理系统收集各个节点的标签集I′_id＝{pi₁,pi₂，…}；

3)标签管理系统对收集到的标签进行命名和标识的规范化，即对于语义相同的标签指定一个统一的命名，并给每个命名的标签一个标识，规范化后的每个标签L由两部分组成L＝(LabelID,LabelName)，其中LabelID是一个数字序列为标签标识，LabelName是语义明确的字符串为标签名，这两部分是一一对应的；

4)所有的标签进行规范化后，便得到了由这些标签组成的标准的标签库，标签管理系统将标签库发布供节点使用；

二)节点自身标签集的获取与管理：

1)节点通过应用程序从标签库中选择符合自身社会活动情况的标签组成自己的标准标签集I_id＝{L|L∈D∩R(id,L)＝true}，其中D为标准的标签库，R(id,L)是一个布尔型的函数，如果标签L符合节点id的身份信息，该函数返回true；

2)如果节点的社会活动发生改变，节点可以选择新的标签L加入到自己的标签集，并且将标签集I_id＝{L|L∈D∩R(id,L)＝true}中已经失效的标签删除；

三)基于标签集的寻路转发：

它分两种情形分别提出适合相应情形的寻路转发策略，不失一般性，假设节点s有一个发往目的节点d的信息msg，信息的副本数量限定为Num(s,msg)；移动节点s遇到移动

节点i时，s要选择是否通过节点i进行数据转发，以及通过i转发分配给它的相应的副本数量，两种情形及其对应的操作步骤如下：

情形1：目的节点的身份信息是零知识的：

在情形1中，节点对于目的节点是零知识的，源节点由于不知道关于目的节点的任何标签信息，考虑到节点间标签的不相似性反应了节点社会活动范围的不同，它需要尽可能的利用各种各样的不同标签节点尽快的找到目的节点，因此情形1主要借助节点间标签的不相似性进行数据的分发；主要步骤如下：

1.1)判断节点i是否为目的节点，若是转步骤1.8)，否则转步骤1.2)；

1.2)判断Num(s,msg)＝1是否成立，若是转步骤1.7)，否则转步骤1.3)；

1.3)节点s计算自己标签集I_s＝{L|L∈D∩R(s,L)＝true}跟节点i标签集I_i＝{L|L∈D∩R(i,L)＝true}的交集Sim(I_s,I_i)；

1.4)如果节点i的标签集I_i跟Sim(I_s,I_i)＝I_i∩I_s的关系为I_i-Sim(I_s,I_i)＝Φ，则节点不通过节点i进行信息转发转步骤1.6)，否则转步骤1.5)；

1.5)节点s将通过节点i进行信息转发并且分给节点i信息msg的副本数量为节点s中消息msg的副本数量变为Num(s,msg)＝Num(s,msg)-Num(i,msg)；

1.6)节点携带msg继续移动直到遇到新的节点转步骤1.1)；

1.7)节点s不会通过任何中继节点转发信息msg，等待遇到目的节点；

1.8)节点s直接将信息msg交付给目的节点，并删除信息msg的副本，过程结束；

情形2：目的节点的身份信息是部分知识或全知识的：

在情形2中，节点知道目的节点某些标签信息；假设节点所知道的目的节点的标签集为I'_d，这样信息的转发具有很强的目的性，因此信息的寻路转发主要是尽可能利用与目的节点标签具有相似性的节点进行转发，防止信息转发给与目的节点标签集没有交集的节点造成资源的浪费，主要步骤如下：

2.1)判断节点i是否为目的节点，如果是转步骤2.5)，否则转步骤2.2)；

2.2)分别计算节点i和s的标签集I_i和I_s与目的节点已知标签集I'_d的交集Sim(I_i,I'_d)和Sim(I_s,I'_d)，如果Sim(I_i,I'_d)＝Φ，信息不会转发给节点i，转步骤2.4)，否则转步骤2.3)；

2.3)节点s将数量的信息副本发给节点i，剩余副本数量Num(s,msg)＝Num(s,msg)-Num(i,msg)，判断Num(s,msg)＝0是否成立，若是转步骤2.6)，否则转步骤2.4)；

2.4)节点s携带属于自己副本数量的信息msg继续移动，直到遇到新节点转步骤2.1)；

2.5)节点将信息交付给目的节点，并删除相应的副本；

2.6)节点s转发信息msg的过程结束。