CN103152252A - 一种无线传感自组网节点的全域协同转发方法 - Google Patents

Abstract

一种无线传感自组网节点的全域协同转发方法，它包括以下步骤：在无线传感自组网中，任一节点A需要转发自身缓存中的消息Msg至其他节点时，首先计算自身愿意消耗的评判信用值S；该节点A将含有自身愿意消耗的评判信用值S的发送请求信息传至各邻居节点；任一邻居节点计算接收消息Msg时自身希望提升的评判信用值Ri；如果该邻居节点的Ri小于节点A的S，则该邻居节点愿意接收Msg，双方达成信任；节点A将消息Msg转发给愿意接收Msg的各邻居节点。本发明有效地激励节点协作，比传统方法具有优越的消息传递率和时间延迟，主动促进资源消耗的降低。

Description

一种无线传感自组网节点的全域协同转发方法

技术领域

本发明涉及自组网节点转发交互技术，尤其是自组网节点的协同与信任提升技术，具体地说是一种无线传感自组网节点的全域协同转发方法。

背景技术

泛在环境(Ubiquitous netwoRiks)被广泛应用于智能农业，感知环境，智能交通、野生科考等多个领域。泛在环境中的自组网以“存储-携带-转发”方式，依靠节点间的协作与信任进行组网工作。由于泛在环境中的自组网节点的资源有限，而且在绝大部分的环境中自组网节点能量难以再生，为了保证正常工作，节点会节约自身资源，拒绝帮助其它节点转发信息。这种自私性严重削弱了网络性能。

目前，国内外针对泛在环境中自组网节点协同与信任方案主要存在以下几种：

方案1：N.Li和S.Das提出每个节点有一张存放其它节点信任值的表，优先选择信任值大的节点作为下一跳。该方案缺点是无法有效地激发低值节点参与协同，而且加速了大信任值节点的资源过度使用。

方案2：U Shevade提出一套双赢规则，A节点为B转发的数据量与B为A转发的数据量相同。该方案缺点是在现实的泛在环境中很少有相同数据量的传输，具有一定的盲目性，网络性能难以提升。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提出一种无线传感自组网节点的全域协同转发方法，提高自私节点的协作积极性，增强网络性能。

本发明的技术方案是：

一种无线传感自组网节点的全域协同转发方法，它包括以下步骤：在无线传感自组网中，任一节点A需要转发自身缓存中的消息Msg至其他节点时，首先计算自身愿意消耗的评判信用值S；该节点A将含有自身愿意消耗的评判信用值S的发送请求信息传至各邻居节点；任一邻居节点计算接收消息Msg时自身希望提升的评判信用值Ri；如果该邻居节点的Ri小于节点A的S，则该邻居节点愿意接收Msg，双方达成信任；节点A将消息Msg转发给愿意接收Msg的各邻居节点。

本发明具体包括以下步骤：

第一步，信任预处理：Msg是节点A缓存中的消息，当节点A试图与邻居节点i进行通信，转发消息Msg时，节点A采用下述公式计算自身愿意消耗的评判信用值S；

$S=(a\×P+b\×\frac{T_{\mathrm{re}}}{T_{\mathrm{TTL}}})\×K\×M$

其中：i=1、2、……n，n为正整数；

K代表消息Msg的大小，P代表发送方节点即节点A的剩余资源百分比，T_re和T_TTL分别代表消息Msg的生存剩余时间和生存全部时间，a和b是两个系数，分别表示节点A对于自身剩余资源和消息生存剩余时间的偏好，可通过专家打分的方式来设置其取值，其取值介于0和1之间；M是发送方节点当前拥有的评判信用值；

第二步，协同发起：节点A发送请求信息至各邻居节点i，该请求信息包括的内容有：消息Msg的id，消息Msg的目的节点，消息Msg的大小和节点A自身愿意消耗的评判信用值S；

第三步，信任建立：任一邻居节点i收到请求信息后，如果该邻居节点i是第一次收到消息Msg，并且该邻居节点i不是消息Msg的目的节点，那么该节点i采用下述公式计算自己希望提升的评判信用值Ri；

$\mathrm{Ri}=K\×\mathrm{Mi}\×\frac{\mathrm{ui}\×\mathrm{Li}+\mathrm{vi}\×\mathrm{Ei}}{2}$

其中：i=1、2、……n，n为正整数；

K代表消息Msg的大小，Mi代表该邻居节点即接收节点当前拥有的评判信用值，Li代表接收节点缓存中当前剩余存储空间百分比，Ei代表接收节点当前剩余能量百分比，u和v是两个系数，分别表示接收节点缓存中当前剩余存储和当前剩余能量的偏好，其取值介于0和1之间；

如果任一邻居节点i的Ri小于节点A的S，那么节点i将反馈给节点A确认信息表示节点i愿意接收Msg，该确认信息包括消息Msg的id和该节点自己希望提升的评判信用值Ri；

第四步，数据传递与调整评价：节点A收到c个邻居节点的确认信息后，向发送确认信息的各邻居节点发送消息Msg，其中：1≤c≤n；

节点A的评判信用值减少量为同时各个成功接收的邻居节点的评判信用值增加

然后节点A在自己的缓存中删除消息Msg。

其中：在消息Msg产生时，就Msg中就包含了其产生时间T_start和到期时间T_end。因此，Msg的生存全部时间为T_end-T_start；消息Msg的生存剩余时间为T_end–T_current，T_current表示当前时间，节点可通过获取系统时间直接得到，类似于获取操作系统的当前时间一样。

P剩余资源百分主要指的是节点的计算资源和存储资源。类似操作系统的资源管理器，CPU资源和内存资源。剩余资源百分比P指的计算公式为：(总资源量-已经使用的资源量)/总资源量。

Ei代表接收节点当前剩余能量百分比，能量指得是节点的电量，计算方法是任一节点的(总带电量–当前电量)/总带电量。

本发明的第四步中，节点A在规定时间内接收邻居节点的确认信息并且回发消息Msg，超时接收的确认信息不予处理。

本发明的有益效果：

本发明有效地激励节点协作，在无线传感网的受限资源条件下，本发明比传统方法具有优越的消息传递率和时间延迟，主动促进资源消耗的降低。当网络中业务量较多时，本发明有效地解决了传统方法中节点盲目协作对网络性能的阻碍。

附图说明

图1是本发明的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种无线传感自组网节点的全域协同转发方法，它包括以下步骤：在无线传感自组网中，任一节点A需要转发自身缓存中的消息Msg至其他节点时，首先计算自身愿意消耗的评判信用值S；该节点A将含有自身愿意消耗的评判信用值S的发送请求信息传至各邻居节点；任一邻居节点计算接收消息Msg时自身希望提升的评判信用值Ri；如果该邻居节点的Ri小于节点A的S，则该邻居节点愿意接收Msg，双方达成信任；节点A将消息Msg转发给愿意接收Msg的各邻居节点。

本发明具体包括以下步骤：

第一步，信任预处理：Msg是节点A缓存中的消息，当节点A试图与邻居节点i进行通信，转发消息Msg时，节点A采用下述公式计算自身愿意消耗的评判信用值S；

$S=(a\×P+b\×\frac{T_{\mathrm{re}}}{T_{\mathrm{TTL}}})\×K\×M$

其中：i=1、2、……n，n为正整数；

K代表消息Msg的大小，P代表发送方节点即节点A的剩余资源百分比，T_re和T_TTL分别代表消息Msg的生存剩余时间和生存全部时间，a和b是两个系数，分别表示节点A对于自身剩余资源和消息生存剩余时间的偏好，可通过专家打分的方式来设置其取值，其取值介于0和1之间；M是发送方节点当前拥有的评判信用值；

第二步，协同发起：节点A发送请求信息至各邻居节点i，该请求信息包括的内容有：消息Msg的id，消息Msg的目的节点，消息Msg的大小和节点A自身愿意消耗的评判信用值S；

第三步，信任建立：任一邻居节点i收到请求信息后，如果该邻居节点i是第一次收到消息Msg，并且该邻居节点i不是消息Msg的目的节点，那么该节点i采用下述公式计算自己希望提升的评判信用值Ri；

$\mathrm{Ri}=K\×\mathrm{Mi}\×\frac{\mathrm{ui}\×\mathrm{Li}+\mathrm{vi}\×\mathrm{Ei}}{2}$

其中：i=1、2、……n，n为正整数；

K代表消息Msg的大小，Mi代表该邻居节点即接收节点当前拥有的评判信用值，Li代表接收节点缓存中当前剩余存储空间百分比，Ei代表接收节点当前剩余能量百分比，u和v是两个系数，分别表示接收节点缓存中当前剩余存储和当前剩余能量的偏好，其取值介于0和1之间；

如果任一邻居节点i的Ri小于节点A的S，那么节点i将反馈给节点A确认信息表示节点i愿意接收Msg，该确认信息包括消息Msg的id和该节点自己希望提升的评判信用值Ri；

第四步，数据传递与调整评价：节点A收到c个邻居节点的确认信息后，向发送确认信息的各邻居节点发送消息Msg，其中：1≤c≤n；

节点A的评判信用值减少量为

同时各个成功接收的邻居节点的评判信用值增加

然后节点A在自己的缓存中删除消息Msg。

其中：在消息Msg产生时，就Msg中就包含了其产生时间T_start和到期时间T_end。因此，Msg的生存全部时间为T_end-T_start；消息Msg的生存剩余时间为T_end–T_current，T_current表示当前时间，节点可通过获取系统时间直接得到，类似于获取操作系统的当前时间一样。

P剩余资源百分主要指的是节点的计算资源和存储资源。类似操作系统的资源管理器，CPU资源和内存资源。剩余资源百分比P指的计算公式为：(总资源量-已经使用的资源量)/总资源量。

Ei代表接收节点当前剩余能量百分比，能量指得是节点的电量，计算方法是任一节点的(总带电量–当前电量)/总带电量。

本发明的第四步中，节点A在规定时间内接收邻居节点的确认信息并且回发消息Msg，超时接收的确认信息不予处理。

本发明有效地激励节点协作，在无线传感网的受限资源条件下，本发明比传统方法具有优越的消息传递率和时间延迟，主动促进资源消耗的降低。当网络中业务量较多时，本发明有效地解决了传统方法中节点盲目协作对网络性能的阻碍。

本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (3)

1.一种无线传感自组网节点的全域协同转发方法，其特征是它包括以下步骤：在无线传感自组网中，任一节点A需要转发自身缓存中的消息Msg至其他节点时，首先计算自身愿意消耗的评判信用值S；该节点A将含有自身愿意消耗的评判信用值S的发送请求信息传至各邻居节点；任一邻居节点计算接收消息Msg时自身希望提升的评判信用值Ri；如果该邻居节点的Ri小于节点A的S，则该邻居节点愿意接收Msg，双方达成信任；节点A将消息Msg转发给愿意接收Msg的各邻居节点。

2.根据权利要求1所述的无线传感自组网节点的全域协同转发方法，其特征是该方法具体包括以下步骤：

第一步，信任预处理：Msg是节点A缓存中的消息，当节点A试图与邻居节点i进行通信，转发消息Msg时，节点A采用下述公式计算自身愿意消耗的评判信用值S；

$S=(a\×P+b\×\frac{T_{\mathrm{re}}}{T_{\mathrm{TTL}}})\×K\×M$

其中：i=1、2、……n，n为正整数；

K代表消息Msg的大小，P代表发送方节点即节点A的剩余资源百分比，T_re和T_TTL分别代表消息Msg的生存剩余时间和生存全部时间，a和b分别表示节点A对于自身剩余资源和消息生存剩余时间的偏好，取值介于0和1之间；M是发送方节点当前拥有的评判信用值；

第二步，协同发起：节点A发送请求信息至各邻居节点i，该请求信息包括的内容有：消息Msg的id，消息Msg的目的节点，消息Msg的大小和节点A自身愿意消耗的评判信用值S；

第三步，信任建立：任一邻居节点i收到请求信息后，如果该邻居节点i是第一次收到消息Msg，并且该邻居节点i不是消息Msg的目的节点，那么该节点i采用下述公式计算自己希望提升的评判信用值Ri；

$\mathrm{Ri}=K\×\mathrm{Mi}\×\frac{\mathrm{ui}\×\mathrm{Li}+\mathrm{vi}\×\mathrm{Ei}}{2}$

其中：i=1、2、……n，n为正整数；

K代表消息Msg的大小，Mi代表该邻居节点即接收节点当前拥有的评判信用值，Li代表接收节点缓存中当前剩余存储空间百分比，Ei代表接收节点当前剩余能量百分比，u和v分别表示接收节点缓存中对于当前剩余存储和当前剩余能量的偏好，取值介于0和1之间；这里的ui和vi并不是说每个节点的值不同，而是表示第i个节点的u和v的值。

如果任一邻居节点i的Ri小于节点A的S，那么节点i将反馈给节点A确认信息表示节点i愿意接收Msg，该确认信息包括消息Msg的id和该节点自己希望提升的评判信用值Ri；

第四步，数据传递与调整评价：节点A收到c个邻居节点的确认信息后，向发送确认信息的各邻居节点发送消息Msg，其中：1≤c≤n；

节点A的评判信用值减少量为

同时各个成功接收的邻居节点的评判信用值增加然后节点A在自己的缓存中删除消息Msg。

3.根据权利要求2所述的无线传感自组网节点的全域协同转发方法，其特征是所述的第四步中，节点A在规定时间内接收邻居节点的确认信息并且回发消息Msg，超时接收的确认信息不予处理。

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