CN103618690A - 一种容迟网中喷射-等待路由协议的改进方法 - Google Patents

Abstract

一种容迟网喷射等待路由协议中消息转发的改进方法，其特征是：在容迟网中，将节点的接触次数作为该节点的活跃度来决定消息副本数目的分配比例。对于任何一个需要转发消息的节点，采取喷射-等待两个阶段的路由协议。首先源节点设置待转发的消息的副本数目为M，表示该消息最多可以被复制成M份。当任意一个携带消息的节点与另一个未携带消息的节点接触时，若该节点携带的消息的副本数目大于1时执行喷射过程，按照节点活跃度的比例来进行副本数目的分配；否则，执行等待过程，不转发消息，直到接触到目的节点时才转发。这种方法可以充分借助网络中接触次数比较多的活跃节点所带来的优势，从而提高消息报文的交付概率，缩短交付时间。

Description

一种容迟网中喷射-等待路由协议的改进方法

技术领域

本发明涉及一种容迟网中喷射等待路由协议的改进方法，它通过在异构网络中改进该协议在喷射过程中的副本分配策略，可以提高报文交付概率，减少报文交付的期望时间和转发开销，属于移动对等网中路由协议的技术领域。 

背景技术

容迟网（DelayTolerantNetworks,DTNs），即能够容忍延迟的网络。容迟网可以应用于机会网络、战场上的军事通信、灾区的救援行动等。它可能会遇到频繁和长期的网络分割，所以同一时间不存在端到端的链路，因此传统的OLSR,AODV等路由方案将不再适用于容迟网。它采用存储-携带-转发的方式来进行报文的交付。容迟网中的路由方法分为确定性路由和随机性路由。确定性路由可以采用改进的迪杰斯特拉的算法来找到最优的转发路径。随机性路由有许多种方法，例如泛洪/随机喷射是比较有代表性的方法。 

喷射等待协议（SprayandWait,S&W），是由T.Spyropoulos,K.Psounis和C.S.Raghavendra等人在2005年提出，是一种基于泛洪路由（Epidemic）的改进路由。其内容为：源节点预先拷贝成M份数据，当接触到其他节点时按一定方法来分配这M份数据（例如BinaryS&W就是按1：1平分副本，SourceS&W就是接触的节点只保留1份副本），这两个节点继续携带消息，直到节点只有1份消息时执行直接交付（即携带报文的节点只有接触到目的节点时才进行转发）。在同构网络（节点运动模式服从独立同分布）中，BinaryS&W在所有的S&W路由方法中是最优化的。但BinaryS&W并没有考虑异构网络（节点运动模式不完全一致）中的适用性。可以通过改进副本的分配方法，从而使得S&W协议更适用于异构网络。 

RémiDIANA、EmmanuelLOCHIN等人对BinaryS&W协议使用马尔可夫链进行建模分析了其时延的分布，分别在同构和异构网络中进行了仿真实验。但是此方法在副本数目M增大时存在状态爆炸的问题，尤其是在异构的情况下，仅仅是M=4的情况下就存在18种状态和44种转移方式，非常的复杂。 

GuizhuWang,BingtingWang,YongzhiGao等人对S&W给出了一种动态的根据单位时间的接触次数的比例作为副本分配的比例的改进方法。这种方法具有较好的动态性和可扩展性。但是其需要每个节点对自己的接触情况进行动态的计算，能量消耗上是个很大的问题。另外该方法使用单位时间内的接触次数（初始为0）作为活跃度，在初运行及网络中加入新节点的情况下会有所误差。 

发明内容

本发明针对上述背景技术在异构网络中的不足，提供了一种容迟网喷射等待路由协议中消息转发的改进方法，采取的技术方案是：一种容迟网喷射等待路由协议中消息转发的改进方法，通过改进副本的分配方法，从而使得BinaryS&W协议更适用于异构网络，其特征在于：在容迟网中，将节点的接触次数作为该节点的活跃度来决定消息副本数目的分配比例，对于任何一个需要转发消息的节点，采取喷射-等待两个阶段的路由协议，首先源节点设置待转发的消息的副本数目为

N为网络中的节点总数)，表示该消息最多可以被复制成M份，当任意一个携带消息的节点与另一个未携带消息的节点接触时，若该节点携带的消息的副本数目大于1时，执行喷射过程，按照节点活跃度的比例来进行副本数目的分配；否则，执行等待过程，不转发消息，直到接触到目的节点时才转发，节点活跃度的计算采用归一化方法，使活跃度的值在0到1之间，包括以下步骤： 

步骤1，假设网络中的节点总数为N，用λ_ij表示节点i与其他的节点j之间的接触率，即单位时间内的平均接触次数，计算网络中的任一节点i的活跃度a_i： 

$a_i=\underset{j=1,j\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ij}}/\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ij}}$

步骤2，当网络中任意源节点s产生了一个需要转发的消息，对该消息附加一个副本数目表示该节点携带的该消息最多可以复制M份； 

步骤3，设在网络中任意一个携带该消息的节点i，其副本数为m_i，当i接触任意一个不携带该消息的节点j，首先判断该节点是否为目的节点，如果是，则完成消息的交付；否则执行步骤4； 

步骤4，若m_i>1，则执行喷射阶段，按照分配比例来分配副本数目：设q_ij表示节点i转发给节点j时，节点i保留的副本比例： 

$q_{\mathrm{ij}}=\frac{a_i}{a_i+a_j}$

当节点i带有m_i份副本与节点j接触时，其自身保留m_i′份副本： 

转发给节点j的副本数目为m_j′=m-m_i′； 

步骤5，若m_i=1，则执行等待阶段，不转发； 

步骤6，循环步骤3～步骤5，直到消息被转发给目的节点为止。 

本发明具有以下优点及有益效果： 

（1）本发明方法可以充分借助网络中接触次数比较多的活跃节点所带来的优势，从而提高消息报文的交付概率，缩短交付时间。 

（2）本发明方法可以通过合理的取整方式保证两个接触的节点都至少保留一份消息副本，避免只有活跃节点可以携带消息。 

附图说明

图1是本发明方法中消息转发的流程图。 

具体实施方式

下面结合附图对发明的技术方案进行详细说明。如图1所示，对于网络中消息转发的流程如下： 

步骤1，假设网络中的节点总数为N，用λ_ij表示节点i与其他的节点j之间的接触率，即单位时间内的平均接触次数，计算网络中的任一节点i的活跃度a_i： 

$a_i=\underset{j=1,j\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ij}}/\underset{i=2}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ij}}$

步骤2，当网络中任意源节点s产生了一个需要转发的消息，对该消息附加一个副本数目

表示该节点携带的该消息最多可以复制M份； 

步骤3，设在网络中任意一个携带该消息的节点i，其副本数为m_i，当i接触任意一个不携带该消息的节点j，首先判断该节点是否为目的节点，如果是，则完成消息的交付；否则执行步骤4； 

步骤4，若m_i>1，则执行喷射阶段，按照分配比例来分配副本数目：设q_ij表示节点i转发给节点j时，节点i保留的副本比例： 

$q_{\mathrm{ij}}=\frac{a_i}{a_i+a_j}$

当节点i带有m_i份副本与节点j接触时，其自身保留m_i′份副本： 

转发给节点j的副本数目为m_j′=m-m_i′； 

步骤5，若m_i=1，则执行等待阶段，不转发； 

步骤6，循环步骤3～步骤5，直到消息被转发给目的节点为止。 

Claims (1)

1.一种容迟网喷射等待路由协议中消息转发的改进方法，通过改进副本的分配方法，从而使得BinaryS&W协议更适用于异构网络，其特征在于：在容迟网中，将节点的接触次数作为该节点的活跃度来决定消息副本数目的分配比例，对于任何一个需要转发消息的节点，采取喷射-等待两个阶段的路由协议，首先源节点设置待转发的消息的副本数目为M，

N为网络中的节点总数，表示该消息最多可以被复制成M份，当任意一个携带消息的节点与另一个未携带消息的节点接触时，若该节点携带的消息的副本数目大于1时，执行喷射过程，按照节点活跃度的比例来进行副本数目的分配；否则，执行等待过程，不转发消息，直到接触到目的节点时才转发，节点活跃度的计算采用归一化方法，使活跃度的值在0到1之间，包括以下步骤：

步骤1，假设网络中的节点总数为N，用λ_ij表示节点i与其他的节点j之间的接触率，即单位时间内的平均接触次数，计算网络中的任一节点i的活跃度a_i：

$a_i=\underset{j=1,j\≠i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ij}}/\underset{i=2}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{ij}}$

步骤2，当网络中任意源节点s产生了一个需要转发的消息，对该消息附加一个副本数目表示该节点携带的该消息最多可以复制M份；

步骤3，设在网络中任意一个携带该消息的节点i，其副本数为m_i，当i接触任意一个不携带该消息的节点j，首先判断该节点是否为目的节点，如果是，则完成消息的交付；否则执行步骤4；

步骤4，若m_i>1，则执行喷射阶段，按照分配比例来分配副本数目：设q_ij表示节点i转发给节点j时，节点i保留的副本比例：

$q_{\mathrm{ij}}=\frac{a_i}{a_i+a_j}$

当节点i带有m_i份副本与节点j接触时，其自身保留m_i′份副本：

转发给节点j的副本数目为m_j′=m-m_i′；

步骤5，若m_i=1，则执行等待阶段，不转发；

步骤6，循环步骤3～步骤5，直到消息被转发给目的节点为止。

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