CN103368838B - 一种基于加权社交图的容迟网络转发方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于加权社交图的容迟网络转发方法，包括以下步骤：一、为每个节点构建一个本地加权社交图和两个列表：熟悉节点列表和本地社区节点列表；二、每个节点在与其他节点相遇时，更新本地节点和相遇节点的本地加权社交图和两个列表；三、根据更新后内容，对于本地节点的消息缓存中的每一条消息m，判断是否将其转发给相遇节点。本发明提出的方法，由于采用了加权社交图，转发的准确率有显著提高；并且在消息的到达率接近于理想情况的条件下，算法开销显著减少。

Description

一种基于加权社交图的容迟网络转发方法

技术领域

本发明涉及一种容迟网络转发方法，特别涉及一种基于加权社交图的容迟网络转发方法，属于网络通讯技术领域。

背景技术

容迟网络（DelayTolerantNetworks，DTNs）因其具有在无基础设施情况下的沟通能力而备受网络研究者的关注，它被广泛地应用于各种复杂的通讯环境。在这种网络中，节点间的端到端的通信路径几乎都不存在。并且，由于节点的移动性，节点间的通讯连接也很难维持。因此，传统的移动自组织网络的路由协议也不适用。

当前容迟网络的路由算法都是基于存储转发方式的。也就是说，当一个节点接收到一个消息时，将此消息存入缓存并携带，并在它遇到其他节点时转发此消息。因此，容迟网络的路由问题实际上也就是如何利用本地信息更好的决定是否将消息转发给其所遇到的节点。转发给越多个节点，消息转送成功的概率也就越高，但同时所消耗的能量和资源也就越高。因此，当前容迟网络的路由算法所面临的主要挑战就是如何在消息传送成功率与网络消耗能量之间实现平衡。

对社交网络的研究为容迟网络的路由算法设计提供了一个新角度。这类路由算法的基本原理在于，因为人们的社会关系的变化比容迟网络的拓扑结构的变化慢得多，所以可以将它用于优化容迟网络的转发策略。最近，一些研究将社区性，中心性，相似性和朋友关系等社交属性引入到路由算法中，以其实现消息传送成功率与能量消耗之间的平衡。但是，在一定的能量消耗情况下，这些方法的发送成功率仍然不够高。这是由于在基于节点相似度的方法中，网络的全局信息无法被有效地使用。而在基于朋友关系的方法中，虽然节点之间的朋友关系对路由决策过程是有帮助的，但这个社会属性并不容易获得和大范围实施。

发明内容

本发明的目的是为了解决已有的容迟网络转发方法的不足，提出一种基于加权社交图的容迟网络转发方法。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种基于加权社交图的容迟网络转发方法，包括以下步骤：

一、初始化步骤：

1.1为每个节点构建一个本地加权社交图，用于存储该本地节点与其他节点之间的社交关系，初始情况下社交图中只包含该本地节点，不存在其他节点，也没有边；

1.2为每个节点构建两个列表：熟悉节点列表，用于存储与本地节点为熟悉关系的节点；本地社区节点列表，用于存储与本地节点处于同一社区中的节点；初始情况下，两个列表均为空；

二、每个节点在与其他节点相遇时，执行以下步骤：

2.1如果该相遇节点不在社交图中，则将该节点加入社交图并与本地节点用边相连，并将两个节点的相遇次数作为该边的权值；如果该节点在社交图中，则更新本地节点与该节点的边的权值；

2.2如果相遇节点在本地节点的熟悉节点列表，则转到步骤2.4；否则，根据本地节点与相遇节点的本次通信时间，判断它们是否为熟悉关系，如果本地节点与相遇节点的本次通信时间大于预设阈值T，则将相遇节点放入到本地节点的熟悉节点列表和本地社区节点列表，并转到步骤2.4；否则，转到步骤2.3；

2.3如果相遇节点在本地节点的本地社区列表，则转到步骤2.4；否则，根据用户设置的接受判断原则，判断本地节点是否接受相遇节点，如果本地节点接受相遇节点，则将相遇节点加入本地节点的本地社区节点列表，并转到步骤2.4；否则，转到步骤2.5；

2.4根据用户设置的融合判断原则，判断是否将相遇节点与本地节点的社区进行融合；

2.5为每个节点计算其CR（CommunityRank）值和GR（GlobalRank）值，用于衡量其在社区内和总体情况下的受欢迎程度：

CR（CommuityRank）有两种计算方法，节点n_i的CR值的计算方法如下：

$C{R}_1\left(n_i\right)=F\left(n_i\right)[(1-d)+d\underset{n_j\∈C_i}{\mathrm{\Σ}}\frac{{\mathrm{CR}}_1\left(n_j\right)}{\left|A\left(n_j\right)\right|}\frac{w_{\mathrm{ij}}}{W}]$

$C{R}_2\left(n_j\right)=[(1-d)F\left(n_i\right)+d\underset{n_j\∈C_i}{\mathrm{\Σ}}\frac{C{R}_2\left(n_j\right)}{\left|A\left(n_j\right)\right|}{w}_{\mathrm{ij}}]$

其中，F(n_i)为n_i与其他节点相遇的总次数；C_i是n_i的本地社区；A(n_j)是把n_j加入到本地社区的所有节点的集合，其节点个数为|A(n_j)|；w_ij是n_i和n_j之间边的权值；W是n_i的所有边的权值的总和；d是一个衰减因子，其为0～1之间的值，可根据效果修正；

GR（GlobalRank）的计算方法为：

G_R(n_i)=F(n_i)|N_GR(n_i)|

其中，F(n_i)为n_i与其他节点相遇的总次数；N_GR(n_i)是与n_i经常相遇的节点的集合，其节点个数是|N_GR(n_i)|，当两个节点的相遇次数大于阈值W_GR时，则这两个节点互相为对方的经常相遇的节点；

2.6对于本地节点的消息缓存中的每一条消息m，判断是否将其转发给相遇节点，具体步骤为：

（1）如果相遇节点是消息m的目的节点，则将消息m转发给相遇节点，并结束该消息的处理过程，继续处理下一条消息，否则转到步骤（2）；

（2）当消息m的目的节点在本地节点的本地社区时，如果消息m的目的节点也在相遇节点的本地社区，并且其CR值大于本地节点的CR值，则将消息m转发给相遇节点，否则不转发；

（3）当消息m的目的节点不在本地节点的本地社区时，如果消息m的目的节点在相遇节点的本地社区，或者其GR值大于本地节点的GR值，则将消息m转发给相遇节点，否则不转发。

有益效果

本发明提出的方法，由于采用了加权社交图，转发的准确率有显著提高；并且在消息的到达率接近于理想情况的条件下，算法开销显著减少。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的技术方案，通过1个实施例，对本发明做进一步说明。

本实施例具体实现了一种基于加权社交图的容迟网络转发方法，包括以下步骤：

一、初始化步骤：

1.1为每个节点构建一个本地加权社交图，用于存储该本地节点与其他节点之间的社交关系，初始情况下社交图中只包含该本地节点，不存在其他节点，也没有边；

1.2为每个节点构建两个列表：熟悉节点列表，用于存储与本地节点为熟悉关系的节点；本地社区节点列表，用于存储与本地节点处于同一社区中的节点；初始情况下，两个列表均为空；

二、每个节点在与其他节点相遇时，执行以下步骤：

2.1如果该相遇节点不在社交图中，则将该节点加入社交图并与本地节点用边相连，并将两个节点的相遇次数作为该边的权值；如果该节点在社交图中，则更新本地节点与该节点的边的权值；

2.2如果相遇节点在本地节点的熟悉节点列表，则转到步骤2.4；否则，根据本地节点与相遇节点的本次通信时间，判断它们是否为熟悉关系。如果本地节点与相遇节点的本次通信时间大于预设阈值T，则将相遇节点放入到本地节点的熟悉节点列表和本地社区节点列表，并转到步骤2.4；否则，转到步骤2.3；

2.3如果相遇节点在本地节点的本地社区列表，则转到步骤2.4；否则，将本地节点和相遇节点的熟悉列表或本地社区列表中的共同节点组成集合A，根据本地节点或相遇节点与集合A中节点的边的权值，判断本地节点是否接受相遇节点；如果本地节点接受相遇节点，则将相遇节点加入本地节点的本地社区节点列表，并转到步骤2.4；否则，转到步骤2.5；

2.4将本地节点和相遇节点的熟悉列表或本地社区列表中的共同节点组成集合B，根据本地节点或相遇节点与集合B中节点的边的权值，判断是否将相遇节点与本地节点的社区进行融合。

根据接收判断原则和融合判断原则，用户可以制订出多种接受融合判断方法，例如，以下举出三种接受融合判断方法：

接受融合判断方法1：

接受判断：将本地节点的熟悉列表和相遇节点的本地社区列表中的共同节点组成集合A。如果相遇节点与集合A所有节点的边的权值之和大于阈值w，则返回“接受”；否则，返回“拒绝”。

融合判断：对于相遇节点本地社区中的每个节点n，将本地节点的熟悉列表和节点n的本地社区列表中的共同节点组成集合B；如果相遇节点与集合B所有节点的边的权值之和大于阈值w，则将节点n加入本地节点的本地社区。

接受融合判断方法2：

接受判断：将本地节点的熟悉列表和相遇节点的本地社区列表中的共同节点组成集合A。如果本地节点与集合A所有节点的边的权值之和大于阈值w，则返回“接受”；否则，返回“拒绝”。

融合判断：对于相遇节点本地社区中的每个节点n，将本地节点的熟悉列表和节点n的本地社区列表中的共同节点组成集合B；如果本地节点与集合B所有节点的边的权值之和大于阈值w，则将节点n加入本地节点的本地社区。

接受融合判断方法3：

接受判断：将本地节点的熟悉列表和相遇节点的本地社区列表中的共同节点组成集合A。如果本地节点与集合A所有节点的边的权值之和大于阈值w，则返回“接受”；否则，返回“拒绝”。

融合判断：将本地节点的本地社区列表和相遇节点的本地社区列表中的共同节点组成集合C。如果本地节点与集合C所有节点的边的权值之和，以及相遇节点与集合C所有节点的边的权值之和的总和大于阈值w’，则将所有在相遇节点本地社区的节点加入本地节点的本地社区。

2.5为每个节点计算其CR（CommunityRank）值和GR（GlobalRank）值，用于衡量其在社区内和总体情况下的受欢迎程度：

CR（CommunityRank）有两种计算方法，节点??的CR值的计算方法如下：

$C{R}_1\left(n_i\right)=F\left(n_i\right)[(1-d)+d\underset{n_j\∈C_i}{\mathrm{\Σ}}\frac{{\mathrm{CR}}_1\left(n_j\right)}{\left|A\left(n_j\right)\right|}\frac{w_{\mathrm{ij}}}{W}]$

$C{R}_2\left(n_j\right)=[(1-d)F\left(n_i\right)+d\underset{n_j\∈C_i}{\mathrm{\Σ}}\frac{C{R}_2\left(n_j\right)}{\left|A\left(n_j\right)\right|}{w}_{\mathrm{ij}}]$

其中，F(n_i)为n_i与其他节点相遇的总次数；C_i是n_i的本地社区；A(n_j)是把n_j加入到本地社区的所有节点的集合，其节点个数为|A(n_j)|；w_ij是n_i和n_j之间边的权值；W是n_i的所有边的权值的总和；d是一个衰减因子，取值为0.85。

GR（GlobalRank）的计算方法为：

G_R(n_i)=F(n_i)|N_GR(n_i)|

其中，F(n_i)为n_i与其他节点相遇的总次数；N_GR(n_i)是与n_i经常相遇的节点的集合，其节点个数是|N_GR(n_i)|，当两个节点的相遇次数大于阈值W_GR时，则这两个节点互相为对方的经常相遇的节点。W_GR值通常设置为20。

2.6对于本地节点的消息缓存中的每一条消息m，判断是否将其转发给相遇节点，具体步骤为：

（1）如果相遇节点是消息m的目的节点，则将消息m转发给相遇节点，并结束该消息的处理过程，继续处理下一条消息，否则转到步骤（2）；

（2）当消息m的目的节点在本地节点的本地社区时，如果消息m的目的节点也在相遇节点的本地社区，并且其的CR值大于本地节点的CR值，则将消息m转发给相遇节点，否则不转发；

（3）当消息m的目的节点不在本地节点的本地社区时，如果消息m的目的节点在相遇节点的本地社区，或者其GR值大于本地节点的GR值，则将消息m转发给相遇节点，否则不转发。

本发明不仅限于以上实施例，凡是利用本发明的设计思路，做一些简单变化的设计，都应计入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于加权社交图的容迟网络转发方法，包括以下步骤：

一、初始化步骤：

1.1为每个节点构建一个本地加权社交图，用于存储该本地节点与其他节点之间的社交关系，初始情况下社交图中只包含该本地节点，不存在其他节点，也没有边；

1.2为每个节点构建两个列表：熟悉节点列表，用于存储与本地节点为熟悉关系的节点；本地社区节点列表，用于存储与本地节点处于同一社区中的节点；初始情况下，两个列表均为空；

二、每个节点在与其他节点相遇时，执行以下步骤：

2.1如果该相遇节点不在社交图中，则将该节点加入社交图并与本地节点用边相连，并将两个节点的相遇次数作为该边的权值；如果该节点在社交图中，则更新本地节点与该节点的边的权值；

2.2如果相遇节点在本地节点的熟悉节点列表，则转到步骤2.4；否则，根据本地节点与相遇节点的本次通信时间，判断它们是否为熟悉关系，如果本地节点与相遇节点的本次通信时间大于预设阈值T，则将相遇节点放入到本地节点的熟悉节点列表和本地社区节点列表，并转到步骤2.4；否则，转到步骤2.3；

2.3如果相遇节点在本地节点的本地社区列表，则转到步骤2.4；否则，根据用户设置的接受判断原则，判断本地节点是否接受相遇节点，如果本地节点接受相遇节点，则将相遇节点加入本地节点的本地社区节点列表，并转到步骤2.4；否则，转到步骤2.5；

2.4根据用户设置的融合判断原则，判断是否将相遇节点与本地节点的社区进行融合；

2.5为每个节点计算其CR(CommunityRank)值和GR(GlobalRank)值，用于衡量其在社区内和总体情况下的受欢迎程度：

CR(CommuityRank)有两种计算方法，节点n_i的CR值的计算方法如下：

${\mathrm{CR}}_1\left(n_i\right)=F\left(n_i\right)\[(1-d)+d\underset{n_j\∈C_i}{\Σ}\frac{{\mathrm{CR}}_1\left(n_j\right)}{\left|A\left(n_j\right)\right|}\frac{w_{ij}}{W}\]$

${\mathrm{CR}}_2\left(n_i\right)=\[(1-d)F\left(n_i\right)+d\underset{n_j\∈C_i}{\Σ}\frac{{\mathrm{CR}}_2\left(n_j\right)}{\left|A\left(n_j\right)\right|}{w}_{ij}\]$

其中，F(n_i)为n_i与其他节点相遇的总次数；C_i是n_i的本地社区；A(n_j)是把n_j加入到本地社区的所有节点的集合，其节点个数为|A(n_j)|；w_ij是n_i和n_j之间边的权值；W是n_i的所有边的权值的总和；d是一个衰减因子，其为0～1之间的值，根据效果修正；

GR(GlobalRank)的计算方法为：

GR(n_i)＝F(n_i)|N_GR(n_i)|

其中，F(n_i)为n_i与其他节点相遇的总次数；N_GR(n_i)是与n_i经常相遇的节点的集合，其节点个数是|N_GR(n_i)|，当两个节点的相遇次数大于阈值W_GR时，则这两个节点互相为对方的经常相遇的节点；

2.6对于本地节点的消息缓存中的每一条消息m，判断是否将其转发给相遇节点，具体步骤为：

(1)如果相遇节点是消息m的目的节点，则将消息m转发给相遇节点，并结束该消息的处理过程，继续处理下一条消息，否则转到步骤(2)；

(2)当消息m的目的节点在本地节点的本地社区时，如果消息m的目的节点也在相遇节点的本地社区，并且其CR值大于本地节点的CR值，则将消息m转发给相遇节点，否则不转发；

(3)当消息m的目的节点不在本地节点的本地社区时，如果消息m的目的节点在相遇节点的本地社区，或者其GR值大于本地节点的GR值，则将消息m转发给相遇节点，否则不转发。

2.根据权利要求1所述的一种基于加权社交图的容迟网络转发方法，其特征在于，接受判断原则为：将本地节点和相遇节点的熟悉列表或本地社区列表中的共同节点组成集合A，根据本地节点或相遇节点与集合A中节点的边的权值，判断本地节点是否接受相遇节点；

融合判断原则为：将本地节点和相遇节点的熟悉列表或本地社区列表中的共同节点组成集合B，根据本地节点或相遇节点与集合B中节点的边的权值，判断是否将相遇节点与本地节点的社区进行融合。

3.根据根据权利要求2所述的一种基于加权社交图的容迟网络转发方法，其特征在于，接受融合判断方法为：

接受判断：将本地节点的熟悉列表和相遇节点的本地社区列表中的共同节点组成集合A；如果相遇节点与集合A所有节点的边的权值之和大于阈值w，则返回“接受”；否则，返回“拒绝”；

融合判断：对于相遇节点本地社区中的每个节点n，将本地节点的熟悉列表和节点n的本地社区列表中的共同节点组成集合B；如果相遇节点与集合B所有节点的边的权值之和大于阈值w，则将节点n加入本地节点的本地社区。

4.根据根据权利要求2所述的一种基于加权社交图的容迟网络转发方法，其特征在于，接受融合判断方法为：

接受判断：将本地节点的熟悉列表和相遇节点的本地社区列表中的共同节点组成集合A；如果本地节点与集合A所有节点的边的权值之和大于阈值w，则返回“接受”；否则，返回“拒绝”；

融合判断：对于相遇节点本地社区中的每个节点n，将本地节点的熟悉列表和节点n的本地社区列表中的共同节点组成集合B；如果本地节点与集合B所有节点的边的权值之和大于阈值w，则将节点n加入本地节点的本地社区。

5.根据根据权利要求2所述的一种基于加权社交图的容迟网络转发方法，其特征在于，接受融合判断方法为：

接受判断：将本地节点的熟悉列表和相遇节点的本地社区列表中的共同节点组成集合A；如果本地节点与集合A所有节点的边的权值之和大于阈值w，则返回“接受”；否则，返回“拒绝”；

融合判断：将本地节点的本地社区列表和相遇节点的本地社区列表中的共同节点组成集合C；如果本地节点与集合C所有节点的边的权值之和，以及相遇节点与集合C所有节点的边的权值之和的总和大于阈值w’，则将所有在相遇节点本地社区的节点加入本地节点的本地社区。