CN103338490B - 一种网络数据路由的方法及网络节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种网络数据路由的方法，其中，该方法包括：节点A比较发送当前消息至目的节点E的最高效用值maximum_utility_value，与潜在中转节点B发送当前消息至目的节点E的效用值P_B,E之间的大小；若maximum_utility_value＜P_B,E，则所述节点A将该消息发送至节点B，并更新最高效用值：maximum_utility_valueˊ＝P_B,E×K，K＞1；其中，K为递增系数；所述节点B接收到该消息后利用所述P_B,E进行该消息的转发判断，且所述节点A利用更新后的最高效用值进行该消息的转发判断。通过采用本发明公开的方法，自适应的提高转发的门槛，减少数据中转次数，降低节点能耗。

Description

一种网络数据路由的方法及网络节点

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种网络数据路由的方法及网络节点。

背景技术

在自然灾害或恐怖事件导致网络基础设施出现故障或者无法使用的时候,快速的恢复通信十分重要。借助Adhoc（点对点）网络不需要基础设置支持、组网迅速、适应能力强的特点，可以快速的建立临时网络，从而为救援提供便利、减少灾难所带来的危害，服务于人民。在为组网提供便利的同时，Adhoc网络也具有节点之间连接难以稳定维持、拓扑变化难以预测、路由中断频繁、稳定性较差等弊病，为网络协议的设计带来了巨大的挑战。

为了使Adhoc网络的应用不受到周围环境的制约，DTN（DelayTolerantNetwork，时延容忍网络）的概念应运而生。延迟容忍网络是针对特殊网络环境通信而提出的，这类网络环境的通信条件恶劣，无法满足传统路由协议对于端到端路径时刻存在的要求。时延容忍网络，又称为机会网络，指的是在没有完整通信链路的情况下，完全依靠移动节点之间主动或者随机的接触，从而实现通信的网络。自2002年IRTF成立了DTNRG研究组以来，DTN方向的研究工作进展十分迅速。先是提出了明确的模型和体系结构。随后在DTN的体系结构、安全和路由等方面的大量工作相继展开，并形成了一系列的草案。DTN路由技术采用“存储-携带-转发”模式进行数据传输，对链路的大延迟、高差错率和频繁中断等特性具有较强的适应能力，因此在深空通信、卫星中继、军用Adhoc组网、野外与偏远地区的稀疏传感器网络互连等领域具有广泛的应用前景。但是其节点受体积和重量的限制，携带的电源或其他设备资源都非常有限，从而一定程度上限制了应用的效能，导致节点不得不采用一定的策略以节省资源。

近年来，随着网络应用范围的拓展和服务需求的多样化，如何对路由协议性能进行优化从而最大限度利用网络资源成为研究的热点问题。在DTN中，由于节点的密度较低，节点之间往往不存在端到端的路径，这给DTN路由带来了巨大的困难。为了限制洪泛效应，学者们提出了基于效用的Utility-based路由协议，或者称为Quality-based路由协议，简称效用路由。

现有技术中，延迟容忍网络的路由方法如图1所示，包括：步骤11、第一节点根据与其节点建立连接所需时间，获取建立当前连接的路由成本；步骤12、所述第一节点根据概要向量和所述路由成本计算将消息路由至目的节点的最短时延；步骤13、所述第一节点比较将消息路由至所述目的节点的最短时延，与第二节点（第一节点与目的节点间的中转节点）将所述消息路由至所述目的节点的最短时延；步骤14、若从所述第一节点将消息路由至所述目的节点的最短时延小于从所述第二节点将所述消息路由至所述目的节点的最短时延，则不转发该消息；步骤15、反之所述第一节点将该消息转发给所述第二节点。

但是，现有技术中，若链路中存在若干状态较好的中转节点时，会造成一个消息数据包存在过多的拷贝的情况，造成路由效率的低下，增大了节点的能耗和链路的开销。

发明内容

本发明的目的是提供一种网络数据路由的方法及网络节点，自适应的提高转发的门槛，减少数据中转次数，降低节点能耗。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种网络数据路由的方法，该方法包括：

节点A比较发送当前消息至目的节点E的最高效用值maximum_utility_value，与潜在中转节点B发送当前消息至目的节点E的效用值P_B,E之间的大小；

若maximum_utility_value＜P_B,E，则所述节点A将该消息发送至节点B，并更新最高效用值：maximum_utility_value′＝P_B,E×K，K＞1；其中，K为递增系数；

所述节点B接收到该消息后利用所述P_B,E进行该消息的转发判断，且所述节点A利用更新后的最高效用值进行该消息的转发判断。

一种网络节点，该节点包括：

最高效用值比较模块，用于比较当前节点发送当前消息至目的节点E的最高效用值maximum_utility_value，与节点B发送当前消息至目的节点E的效用值P_B,E之间的大小；

消息转发模块，用于当maximum_utility_value＜P_B,E时，将该消息发送至节点B；

最高效用值更新模块，用于当该消息发送至节点B后，更新最高效用值：maximum_utility_value′＝P_B,E×K，K＞1；其中，K为递增系数；

转发判断模块，用于利用更新后的最高效用值进行该消息的转发判断。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，在节点在转发数据包的过程中，自适应提高转发的门槛（阈值），屏蔽一些效用值并不是太高的中转节点，从而减少了转发以及拷贝的次数，降低通信能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明背景技术提供的现有技术中延迟容忍网络的路由方法的流程图；

图2为本发明实施例一提供的一种网络数据路由的方法的流程图；

图3为本发明实施例二提供的一种网络节点的示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

实施例一

图2为本发明实施例一提供的一种网络数据路由的方法的流程图。如图2所示，主要包括如下步骤：

步骤21、节点A比较发送当前消息至目的节点E的最高效用值maximum_utility_value，与潜在中转节点B发送当前消息至目的节点E的效用值P_B,E之间的大小。

所述最高效用值指，消息转发时节点所遇到的若干中转节点中，对目的节点所具有的当前最高效用值（其数据越大表示节点发送消息至目的节点的效力与效率越高），用符号表示为maximum_utility_value，从定义可知，maximum_utility_value是针对某条消息的，由于节点需转发的消息并不是唯一的，因此需要一组maximum_utility_value（效用值向量）来记录不同消息的最高效用值。每一消息的初始最高效用值通常为初始节点发送该消息至目的节点的效用值；例如，本实施例中，若节点A为初始节点，则该消息的最高效用值maximum_utility_value为节点A发送该消息至目的节点E的效用值P_A,E；即，maximum_utility_value＝P_A,E；所述效用值P_A,E表示节点A发送当前消息至目的节点的效力与效率，其大小可以根据节点A与目的节点E间通信的频率、节点A与目的节点E相遇的概率、节点A与目的节点E间通信的次数等量来确定。

进一步的，在节点A比较发送当前消息至目的节点E的最高效用值maximum_utility_value，与潜在中转节点B发送当前消息至目的节点E的效用值P_B,E之间的大小之前，还需要与节点B互相交换效用值向量（效用值向量中包含发送不同消息时的效用值），交换的目的在于，节点A与节点B可以相互判断对方是否是自身潜在的中转节点。此时，节点A针对当前发送至节点E消息的效用值进行比较。

若P_A,E＞P_B,E，则节点A拒接将当前消息发送至节点B，并进行下一节点的查找，若找不到发送至节点E消息的效用值大于P_A,E的节点，则节点A不转发此消息。

若P_A,E＜P_B,E，则节点A将节点B作为潜在中转节点，并继续下一步比较：节点A比较发送当前消息至目的节点E的最高效用值maximum_utility_value，与潜在中转节点B发送当前消息至目的节点E的效用值P_B,E之间的大小；若maximum_utility_value＜P_B,E，则转入步骤22。

步骤22、当maximum_utility_value＜P_B,E时，所述节点A将该消息发送至节点B，并更新最高效用值。

本发明实施例中，节点在转发数据包的过程中，自适应提高转发的门槛（阈值），以屏蔽一些效用值并不是太高的中转节点，即随着消息转发次数的增加，该消息的最高效用值也随之增加。

更新最高效用值可使用下述公式：maximum_utility_value′＝P_B,E×K，K＞1；其中，K为递增系数；K的大小可根据当前网络的实际情况继续调节。

步骤23、所述节点B接收到该消息后利用所述P_B,E进行该消息的转发判断，且所述节点A利用更新后的最高效用值进行该消息的转发判断。

此时，由节点B重复步骤21-步骤22，即所述节点B利用自身的最高效用值（P_B,E）进行消息的转发判断，当所述更新后的最高效用值小于其他节点发送当前消息至目的节点E的效用值时，将该消息转发至对应的节点，并基于类似的方法更新最高效用值。

同时，节点A利用更新后的最高效用值进行该消息的转发判断。在DTN（延容忍网络）中，节点A在消息转发时通常将消息转发给多个中转节点，且每次转发后都按照接收节点发送当前消息至目的节点E的效用值更新该消息的最高效用值，通过这种方式来提高成功率。即本发明实施例中的节点A在转发数据包的过程中，自适应提高转发的阈值，以屏蔽一些效用值并不是太高的中转节点，随着消息转发次数的增加，该消息的最高效用值也随之增加。

为了便于理解本发明，下面以节点1发送一条消息至节点6为例做进一步介绍：

由于节点1为初始节点，因此，将该消息的最高效用值maximum_utility_value初始化为节点1到消息目的节点6的效用值P_1,6。当节点1查找到节点2时，节点1与节点2相互交换效用值向量；交换的目的在于，节点1与节点2可以相互判断对方是否是自身潜在的中转节点；节点2到目的节点5的转发效用值设定为P_2,6。若节点2到目的节点5的转发效用值比节点1的大，即P_2,6＞P_1,6，而节点5是消息的目的节点，则可称节点2为潜在的中转节点。此时，节点1继续比较P_2,6与maximum_utility_value的大小，由于，节点1为初始节点，因此，maximum_utility_value＝P_1,6，即maximum_utility_value＜P_2,6，节点1将该消息转发至节点2；同时，更新最高效用值：maximum_utility_value′＝P_2,6×K，K＞1。

当节点2收到该消息后，继续查找其他节点；当查找到节点3时，比较P_2,6与P_3,6之间的大小，若P_2,6＞P_3,6，则节点2拒绝将消息转发给节点3，并进行下一节点的查找。

当查找到节点4时，同样比较P_2,6与P_4,6之间的大小，若P_2,5＜P_4,5，则继续比较maximum_utility_value′与P_4,6之间的大小，若maximum_utility_value′＜P_4,6，则节点2将消息转发至节点4，并更新最高效用值：maximum_utility_value′′＝P_4,6×K，K＞1。由节点4携带该消息继续查找下一节点。

另一方面，当节点1将消息转发给节点2之后，节点1继续查找下一节点，此时节点1利用更新后的最高效用值maximum_utility_value′进行消息的转发判断。同理，节点2将消息转发至节点4后，同样利用更新后的最高效用值maximum_utility_value′′进行消息的转发判断。判断过程在上面已经详细描述过了，不再赘述。需要强调的时，节点在进行消息转发时通常转发给多个中转节点，且每次转发后都更新该消息最高效用值，以此不断提高转发的门槛，从而减少数据中转次数，降低节点能耗。

本发明实施例通过，在节点在转发数据包的过程中，自适应提高转发的门槛（阈值），屏蔽一些效用值并不是太高的中转节点，从而减少了转发的次数，降低通信能耗。

实施例二

图3为本发明实施例二提供的一种网络节点的示意图。如图3所示，主要包括：

最高效用值比较模块31，用于比较当前节点发送当前消息至目的节点E的最高效用值maximum_utility_value，与潜在中转节点B发送当前消息至目的节点E的效用值P_B,E之间的大小；

消息转发模块32，用于当maximum_utility_value＜P_B,E时，将该消息发送至节点B；

最高效用值更新模块33，用于当该消息发送至节点B后，更新最高效用值：maximum_utility_value′＝P_B,E×K，K＞1；其中，K为递增系数。

转发判断模块34，用于利用更新后的最高效用值进行该消息的转发判断。

该节点还包括：

效用值向量交换模块35，用于与所述节点B交换效用值向量，所述效用值向量中包含发送不同消息时的效用值；

效用值比较模块36，用于比较当前节点发送当前消息至目的节点E的效用值P_A,E，与节点B发送当前消息至目的节点E的效用值P_B,E之间的大小；

中转节点赋予模块37，用于当P_A,E＜P_B,E时，将节点B作为潜在中转节点。

所述最高效用值maximum_utility_value包括：若当前节点为初始节点，则最高效用值maximum_utility_value为当前节点发送当前消息至目的节点E的效用值P_A,E。

需要说明的是，上述装置中包含的各个功能模块所实现的功能的具体实现方式在前面的各个实施例中已经有详细描述，故在这里不再赘述。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例可以通过软件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质（可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等）中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种网络数据路由的方法，其特征在于，该方法包括：

节点A与节点B交换效用值向量，所述效用值向量中包含发送不同消息时的效用值；所述节点A比较发送当前消息至目的节点E的效用值P_A,E，与节点B发送当前消息至目的节点E的效用值P_B,E之间的大小；若P_A,E＜P_B,E，则节点A将节点B作为潜在中转节点；

节点A比较发送当前消息至目的节点E的最高效用值maximum_utility_value，与潜在中转节点B发送当前消息至目的节点E的效用值P_B,E之间的大小；

若maximum_utility_value＜P_B,E，则所述节点A将该消息发送至节点B，并更新最高效用值：maximum_utility_value'＝P_B,E×K，K＞1；其中，K为递增系数；

所述节点B接收到该消息后利用所述P_B,E进行该消息的转发判断，且所述节点A利用更新后的最高效用值进行该消息的转发判断。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述最高效用值maximum_utility_value包括：

若A为初始节点，则最高效用值maximum_utility_value为节点A发送当前消息至目的节点E的效用值P_A,E。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述节点A利用更新后的最高效用值进行该消息的转发判断包括：

当前网络为延容忍网络DTN时，所述节点A在消息转发时将消息转发给多个中转节点，且每次转发后都按照接收节点发送当前消息至目的节点E的效用值更新该消息的最高效用值。

4.一种网络节点，其特征在于，该节点包括：

效用值向量交换模块，用于与节点B交换效用值向量，所述效用值向量中包含发送不同消息时的效用值；

效用值比较模块，用于比较当前节点发送当前消息至目的节点E的效用值P_A,E，与节点B发送当前消息至目的节点E的效用值P_B,E之间的大小；

中转节点赋予模块，用于当P_A,E＜P_B,E时，将节点B作为潜在中转节点；

最高效用值比较模块，用于比较当前节点发送当前消息至目的节点E的最高效用值maximum_utility_value，与潜在中转节点B发送当前消息至目的节点E的效用值P_B,E之间的大小；

消息转发模块，用于当maximum_utility_value＜P_B,E时，将该消息发送至节点B；

最高效用值更新模块，用于当该消息发送至节点B后，更新最高效用值：maximum_utility_value'＝P_B,E×K，K＞1；其中，K为递增系数；

转发判断模块，用于利用更新后的最高效用值进行该消息的转发判断。

5.根据权利要求4所述的网络节点，其特征在于，所述最高效用值maximum_utility_value包括：

若当前节点为初始节点，则最高效用值maximum_utility_value为当前节点发送当前消息至目的节点E的效用值P_A,E。

6.根据权利要求4所述的网络节点，其特征在于，所述利用更新后的最高效用值进行该消息的转发判断包括：

当前网络为延容忍网络DTN时，则在消息转发时将消息转发给多个中转节点，且每次转发后都按照接收节点发送当前消息至目的节点E的效用值更新该消息的最高效用值。