CN103986653B - 一种网络节点及数据传输方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种网络节点以及数据传输方法和系统。本发明基于DTN网络特性为网络节点制定了信息维护、更新机制，以使每个网络节点可以计算出任意时刻网络的拓扑结构，进而为后续的路由选择提供支持；并基于公平性原则依据数据的优先级和排队等待时间制定了网络节点的数据转发调度策略。在此基础上，公开的数据传输方法中，源节点综合考虑当前节点的数据排队情况以及节点间的链路带宽，依据当前网络的实时状态计算、获取下一跳节点实现数据传输，并保证下一跳节点处于当前网络的最优路径上。可见，本发明兼顾了数据传输的高实时性和公平性，减少了网络的平均时延，解决了传输带宽和节点容量均受限的DTN中高成功率、低延迟的数据传输问题。

Description

一种网络节点及数据传输方法和系统

技术领域

本发明属于计算机无线网络技术领域，尤其涉及一种网络节点及数据传输方法和系统。

背景技术

近年来，部署在极端环境下的挑战性网络具有间歇连接、频繁割裂、时延极高、非对称的数据率、较高的误码率与丢包率以及异构互连等特性，这些特性使得Internet(因特网)体系结构不能有效地应用在该挑战性网络中。

基于此，为实现上述孤岛式异构挑战性网络间的互连、互操作以及异步消息的可靠传输，容迟与容断网络(DTN，delay and disruption tolerant network)作为一种新型的网络体系结构应运而生，DTN是一个无线分布式移动网络，网络中的每个节点均有预定的运行轨迹，例如分布式星群网络。路由以及基于路由的数据传输是DTN网络层的主要功能，是DTN节点间通信以及提高网络连接性的基础，因此，路由策略以及基于路由策略的数据传输方法成为本领域的研究热门。

现实应用场景中，往往存在节点资源受限的情况，例如有限的传输带宽和节点容量，从而，提供一种传输带宽和节点容量均受限情况下的高成功率、低延迟的路由策略以及数据传输方法成为本领域亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种网络节点及数据传输方法和系统，以解决传输带宽和节点容量均受限情况下的DTN中高成功率、低延迟的路由选择及数据传输问题。

为此，本发明公开如下技术方案：

一种网络节点，包括信息维护更新模块、数据接收模块和数据转发模块，其中：

所述信息维护更新模块，用于维护并定期更新所述网络节点的节点信息以及其他网络节点的节点信息，所述其他网络节点与所述网络节点为具有相同结构和功能的对等节点，所述节点信息包括节点的剩余容量信息、预先存储并维护的各消息队列的队列信息以及节点的运行轨迹和状态信息；

所述数据接收模块，用于接收其他网络节点转发的数据，并将接收的数据存储在所述网络节点相应的消息队列中；

所述数据转发模块，用于基于数据的优先级和数据的排队等待时间，计算所述网络节点的各消息队列中数据的综合权重，并依据所述其他网络节点的节点信息获取综合权重最大的数据的转发路由，对所述综合权重最大的数据进行转发。

上述网络节点，优选的，所述数据具体为报文。

上述网络节点，优选的，所述消息队列的队列信息包括报文的入队速率、出队速率和排队报文的大小。

上述网络节点，优选的，所述信息维护更新模块包括：

更新时间判断单元，用于判断所述网络节点的节点信息距上次更新时间是否大于等于一个更新周期，如果是，则触发所述节点信息计算单元；

节点信息计算单元，用于计算所述网络节点各个消息队列的队列信息及剩余容量信息；

数据广播单元，用于将计算出的队列信息及剩余容量信息加入更新信息数据包，并广播所述更新信息数据包；

广播信息接收单元，用于接收其他网络节点广播的更新信息数据包，并判断是否是第一次接收到所述其他网络节点的所述更新信息数据包，若判断结果为是，则触发所述广播信息更新单元，否则，若判断结果为否，则触发所述广播信息丢弃单元；

广播信息更新单元，更新所存储的所述其他网络节点的队列信息及剩余容量信息，并将所述其他网络节点的所述更新信息数据包广播出去；

广播信息丢弃单元，用于丢弃所述其他网络节点的所述更新信息数据包。

上述网络节点，优选的，所述数据转发模块包括：

权重计算单元，用于利用如下公式计算网络节点的各消息队列中优先级为i的报文l的综合权重w_l：w_l＝(T-t_l)α_i，其中：α_i为优先级为i的报文l的优先级权重，报文的优先级越高，其优先级权重越大，T是当前时刻，t_l是报文l到达所述网络节点的时刻；

最大权重选择单元，用于从所述网络节点的各消息队列中选择综合权重最大的报文；

报文转发单元，用于转发所述综合权重最大的报文。

一种数据传输方法，包括：

有数据传输需求的源节点依据其所维护的其他网络节点的节点信息，计算从所述源节点到目的节点的n条潜在传输路径；

源节点从所述n条潜在传输路径上获取x个与所述源节点相邻的网络节点作为所述源节点的潜在中继节点，其中，n、x为不小于1的自然数，且x≤n；

源节点计算每个所述潜在中继节点的加权期望延迟时间，并将加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为所述源节点的下一跳节点，其中，所述加权期望延迟时间为基于所述潜在中继节点的剩余容量对所述潜在中继节点的期望延迟时间进行加权所得，所述潜在中继节点的期望延迟时间具体为将数据从所述潜在中继节点传输至目的节点所需的最小期望延迟时间；

源节点将其待传输的数据转发至所述下一跳节点；

判断所述下一跳节点是否为目的节点，若判断结果为是，则结束；否则，若判断结果为否，则将所述下一跳节点作为新的源节点，并转至执行步骤：

有数据传输需求的源节点依据其所维护的其他网络节点的节点信息，计算从所述源节点到目的节点的n条潜在传输路径。

上述方法，优选的，所述源节点计算每个所述潜在中继节点的加权期望延迟时间，并将加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为所述源节点的下一跳节点，具体包括：

源节点计算每个所述潜在中继节点到目的节点的期望延迟时间；

源节点获取每个所述潜在中继节点的剩余容量；

源节点依据每个所述潜在中继节点的剩余容量，计算每个所述潜在中继节点的加权期望延迟时间；

源节点选择加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为其下一跳节点。

一种数据传输系统，包括潜在路径计算模块、潜在中继获取模块、下一跳节点选择模块、转发模块以及判断模块，其中：

所述潜在路径计算模块，用于使有数据传输需求的源节点依据其所维护的其他网络节点的节点信息，计算从所述源节点到目的节点的n条潜在传输路径；

所述潜在中继获取模块，用于使所述源节点从所述n条潜在传输路径上获取x个与所述源节点相邻的网络节点作为所述源节点的潜在中继节点，其中，n、x为不小于1的自然数，且x≤n；

所述下一跳节点选择模块，用于使所述源节点计算每个所述潜在中继节点的加权期望延迟时间，并选择加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为所述源节点的下一跳节点，其中，所述加权期望延迟时间为基于所述潜在中继节点的剩余容量对所述潜在中继节点的期望延迟时间进行加权所得，所述潜在中继节点的期望延迟时间具体为将数据从所述潜在中继节点传输至目的节点所需的最小期望延迟时间；；

所述转发模块，用于使所述源节点将其待传输的数据转发至所述下一跳节点；

所述判断模块，用于判断所述下一跳节点是否为目的节点，若判断结果为是，则结束；否则，若判断结果为否，则将所述下一跳节点作为新的源节点，并触发执行所述潜在路径计算模块。

上述系统，优选的，所述下一跳节点选择模块具体包括：

期望延迟时间计算单元，用于使所述源节点计算每个所述潜在中继节点到目的节点的期望延迟时间；

剩余容量获取单元，用于使所述源节点获取每个所述潜在中继节点的剩余容量；

加权期望延迟时间计算单元，用于使源节点依据每个所述潜在中继节点的剩余容量，计算每个所述潜在中继节点的加权期望延迟时间；

下一跳节点选择单元，用于使所述源节点选择加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为其下一跳节点。

本发明公开了一种网络节点以及基于该网络节点的数据传输方法和系统。为解决DTN网络中的路由选择及数据传输问题，本发明基于DTN的网络特性为网络节点制定了信息维护、更新机制，例如对剩余容量、队列信息、运行轨迹和状态信息等进行定期更新和广播，以使每个网络节点可以计算出任意时刻网络的拓扑结构，进而为节点后续的数据路由选择提供支持；并基于公平性原则综合依据数据的优先级和排队等待时间制定了网络节点的数据转发调度策略。在此基础上，公开的数据传输方法中，源节点综合考虑当前网络中节点的排队情况以及节点间的链路带宽等信息，依据当前网络的实时状态计算、获取下一跳节点，保证下一跳节点处于当前网络中的最优路径上(即下一跳节点为加权期望延迟时间最小的潜在中继节点)，之后，下一跳节点作为新的源节点会根据网络的实时状态重新计算自身到目的节点的最优传输路径、进而获取新的下一跳节点，直至数据传输至目的节点为止。

可见，本发明基于DTN的网络特性制定了网络节点的信息维护、更新机制，并基于公平性原则制定了数据转发调度策略，在此基础上，综合考虑网络的传输带宽、节点容量及排队情况，提供了一种数据传输方法，数据传输过程中，每一跳节点的选择均会根据当前网络的实时状态重新计算、获取，保证了最终所得的传输路径为最优路径，从而本发明在保证高实时性的报文被及时转发的同时，兼顾了公平性，减少了网络的平均时延，解决了资源受限情况下的DTN中高成功率、低延迟的路由选择、数据传输问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。

图1是本发明实施例一公开的网络节点的结构示意图；

图2是本发明实施例二公开的数据传输方法流程图；

图3是本发明实施例二公开的节点网络示例图；

图4是本发明实施例二公开的下一跳节点的获取过程流程图；

图5是本发明实施例三公开的数据传输系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本发明实施例一公开一种网络节点。

延迟容忍网络，即DTN，是一个无线分布式移动网络，网络中的每个节点均有预定的运行轨迹，例如，分布式星群网络。为了解决节点容量有限以及链路带宽受限情况下DTN中的路由选择、数据传输问题，本发明基于DTN的网络特性制定了网络节点的信息维护、更新机制，并基于公平性原则综合依据数据的优先级和排队等待时间制定了网络节点的数据转发调度策略，从而为DTN中各个网络节点之间的路由选择、数据传输提供支持，以下对本发明的网络节点进行说明。

请参见图1，网络节点包括信息维护更新模块101、数据接收模块102和数据转发模块103。

信息维护更新模块101，用于维护并定期更新所述网络节点的节点信息以及其他网络节点的节点信息，所述其他网络节点与所述网络节点为具有相同结构和功能的对等节点，所述节点信息包括节点的剩余容量信息、预先存储并维护的各消息队列的队列信息以及节点的运行轨迹和状态信息。

其中，信息维护更新模块101包括更新时间判断单元、节点信息计算单元、数据广播单元、广播信息接收单元、广播信息更新单元和广播信息丢弃单元。

更新时间判断单元，用于判断所述网络节点的节点信息距上次更新时间是否大于等于一个更新周期，如果是，则触发所述节点信息计算单元；

节点信息计算单元，用于计算所述网络节点各个消息队列的队列信息及剩余容量信息；

数据广播单元，用于将计算出的队列信息及剩余容量信息加入更新信息数据包，并广播所述更新信息数据包；

广播信息接收单元，用于接收其他网络节点广播的更新信息数据包，并判断是否是第一次接收到所述其他网络节点的所述更新信息数据包，若判断结果为是，则触发所述广播信息更新单元，否则，若判断结果为否，则触发所述广播信息丢弃单元；

广播信息更新单元，更新所存储的所述其他网络节点的队列信息及剩余容量信息，并将所述其他网络节点的所述更新信息数据包广播出去；

广播信息丢弃单元，用于丢弃所述其他网络节点的所述更新信息数据包。

具体地，为选择当前最佳路由，有数据传输需求的源节点，在选择下一跳中继节点时需要知道每个潜在中继节点的拥塞程度及其期望延迟等待时间，为此，本发明中的网络节点，即DTN网络中的每个节点均维护自身的节点信息，周期性地计算、更新自身的节点信息、并将更新的实时节点信息广播出去，例如对每个消息队列的入队、出队速率、排队报文大小、剩余容量以及运行轨迹进行周期性广播；从而，网络中各个网络节点均可定期接收到其他节点广播的实时更新信息，进而获知DTN的实时网络状态，基于此，每个节点可通过维护其它节点的实时节点信息，来计算自身到其它节点发送报文的期望延迟时间，进而为路由选择提供支撑。

本实施例中，网络节点之间转发、传输的数据具体为报文。

网络中的每个节点按照报文的优先级将其接收到的各个报文分别存放在k个不同的消息队列中，每个消息队列中的报文为一个优先级，假设节点j每隔时间Tu更新一次其所维护的自身的消息队列信息，那么在第k次更新时，优先级为i的消息队列的入队速率、出队速率以及排队报文大小分别利用以下的式(1)、(2)和(3)进行计算：

其中，和分别是优先级为i的消息队列在第k个更新周期的入队速率和出队速率。为优先级为i的报文l的大小，B_i,k表示在第k个更新周期开始时优先级为i的报文的总大小，和N_i,k分别为优先级为i的消息队列在第k个更新周期接收到的报文总数、转发的报文总数以及正在排队的报文总数。

节点j的剩余容量大小则利用以下的式4)进行计算：

其中B^j为节点j的总容量大小。

需要说明的是，由于DTN网络中可能存在因节点的广播覆盖区域不全面，而容易导致网络节点不能接收其他某些节点的广播信息，从而影响了网络节点对DTN实时网络状态的获知，进而为路由选择带来不利影响，为解决这一问题，本实施例中，网络节点在接收到其他节点的广播信息后，对接收到的信息进行再次广播，以实现广播区域的全覆盖。

与此同时，网络节点对其他节点信息的二次广播、三次广播……带来了信息冗余的问题，进而浪费网络资源，例如，节点A已收到节点B的更新信息，而当节点C收到节点B的更新信息，对节点B的更新信息进行二次广播时，节点A会再次收到节点C广播的节点B的更新信息，造成了信息冗余。为克服此问题，本发明为网络节点增加了判断功能，即具体地，在网络节点接收到其他节点的更新信息时，判断是否是第一收到该节点的所述更新信息，如果是，则更新自身所存储的该节点的队列及剩余容量等更新信息，并将该更新信息数据包广播出去，如果不是，则丢弃该更新信息数据包，避免了该更新信息的二次或多次存储，节约了资源。

数据接收模块102，用于接收其他网络节点转发的数据，并将接收的数据存储在所述网络节点相应的消息队列中。

数据转发模块103，用于基于数据的优先级和数据的排队等待时间，计算所述网络节点的各消息队列中数据的综合权重，并依据所述其他网络节点的节点信息获取所述综合权重最大的数据的转发路由，对所述综合权重最大的数据进行转发。

其中，数据转发模块103包括权重计算单元、最大权重选择单元和报文转发单元。

权重计算单元，用于利用如下公式计算网络节点的各消息队列中优先级为i的报文l的综合权重wl：w_l＝(T-t_l)α_i，其中：α_i为优先级为i的报文l的优先级权重，报文的优先级越高，其优先级权重越大，T是当前时刻，t_l是报文l到达所述网络节点的时刻；

最大权重选择单元，用于从所述网络节点的各消息队列中选择综合权重最大的报文；

报文转发单元，用于转发所述综合权重最大的报文。

具体地，为了保证高优先级的报文能够被及时转发，本发明按照报文的实时性要求将网络中的报文划分为h个不同的优先级：{1，2，3，…，h}，h为大于1的自然数，其中，各优先级按降序排列，即当i>j时，优先级j高于优先级i。同时，为h个不同优先级的报文相应设置了h个不同的优先级权重：{α₁,α₂,α₃,…,α_h}，其中，α_i为优先级为i的报文的权重，报文的优先级越高，其优先级权重值越大，即α₁>α₂>α₃>…>α_h。

网络节点将其收到的各个报文依据相对应的优先级分别存放在k个不同的消息队列中，k为自然数，且k≤h，其中，每个消息队列中存放着一种优先级的待转发报文。网络节点收到其它节点发送的优先级为i的报文后，会将该报文存放到优先级为i的消息队列的队尾。

为兼顾公平性，避免出现优先级较低的报文长时间等待一直得不到转发的情况，本发明综合考虑报文的排队等待时间和优先级加权系数，重新计算一个报文权重。即当上一个报文转发结束，网络节点并不是单纯地根据报文的优先级选择下一时隙需要转发的报文，而是综合考虑报文的排队等待时间和优先级权重，重新计算报文的一个综合权重w，并选择当前时刻综合权重最大的报文进行转发。

优先级为i的报文l的综合权重wl具体采用以下式(5)进行计算：

w_l＝(T-t_l)α_i (5)

其中，T是当前时刻，t_l是报文l的到达时刻。由于高优先级的报文具有高的加权系数，因此在排队等待时间相同的情况下会被优先转发；但低优先级的报文在等待较长时间后，其权重也会逐渐提高，从而，不会造成一直得不到转发的情况。

在计算出报文的综合权重之后，网络节点选择当前时刻综合权重最大的报文进行转发。

本实施例一基于DTN的网络特性制定了网络节点的信息维护、更新机制，例如对剩余容量、队列信息、运行轨迹和状态信息等进行定期更新和广播，以使网络中所有节点都可以获知其它节点的运行规律，即每个网络节点可以计算出任意时刻网络的拓扑结构，进而为节点后续的数据路由选择提供支持；并基于公平性原则综合依据数据的优先级和排队等待时间制定了网络节点的数据转发调度策略，为后续网络中报文传输、路由选择奠定了基础。

实施例二

本实施例二基于实施例一的网络节点公开了一种数据传输方法，请参见图2，该方法包括如下步骤：

S1：有数据传输需求的源节点依据其所维护的其他网络节点的节点信息，计算从所述源节点到目的节点的n条潜在传输路径。

由于DTN网络中的节点均有确定的运动轨迹，所以任意节点间的潜在路径及潜在中继节点是可以准确计算得到的。

以图3为例，源节点S需要将报文传输至目的节点D，此时，源节点S通过其维护的网络中各其他节点的运行轨迹和状态，计算出网络的拓扑结构以及不同节点的相遇情况，进而确定出当前时间从S到D的潜在路径：S-B-C-D、S-B-C-E-D、S-E-D和S-E-C-D。

S2：源节点从所述n条潜在传输路径上获取x个与所述源节点相邻的网络节点作为所述源节点的潜在中继节点，其中，n、x为不小于1的自然数，且x≤n。

在图3的实例中，源节点S从获得的4条潜在路径上可以得到2个潜在中继节点B和E。

S3：源节点计算每个所述潜在中继节点的加权期望延迟时间，并将加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为所述源节点的下一跳节点，其中，所述加权期望延迟时间为基于所述潜在中继节点的剩余容量对所述潜在中继节点的期望延迟时间进行加权所得，所述潜在中继节点的期望延迟时间具体为所述潜在中继节点将数据传输至目的节点所需的最小期望延迟时间。

其中，如图4所示，步骤S3具体包括：

S301：源节点计算每个所述潜在中继节点到目的节点的期望延迟时间。

任意一条潜在传输路径的期望传输延迟时间计算方法如下：

具体以图3中潜在传输路径S-B-C-D为例，假设当前时刻为T_S，那么从源节点S到节点B的期望延迟时间t_S,B为：

t_S,B＝T_S,B (6)

由于DTN网络中的节点是不断运行的，节点间的相对位置一直在发生变化，因此只有节点间的距离在一定范围内时节点之间才会有链路存在，本发明将节点间存在直接链路的状态定义为节点相遇，基于此，式(6)中，T_S,B为从当前时刻开始，S到B的相遇延迟时间。若当前时刻S和B之间存在直接链路，则T_S,B＝0。

从节点B到节点C的期望延迟时间t_B,C为：

其中，T_B,C为从预估的B收到报文的时刻开始计算，B与C的相遇延迟时间，为优先级为i的报文在中继节点B的期望排队延迟时间。

具体地，报文在节点进行排队的期望排队延迟时间计算方式如下：

假设中继节点j最近的一次更新是第k次更新。当源节点有优先级为i的报文需要转发时，若选择中继节点j进行转发，那么报文在节点j上的期望排队延迟时间为：

其中，T为当前时刻，t_k为第k次更新的时刻。由于同一消息队列中报文的优先级相同，从而在同一消息队列中采用先来先服务的模式，因此，所求出的期望排队延迟时间是在假设该中继节点所维护的优先级为i的消息队列在出队速率、入队速率不变的情况下，将已有的所有优先级为i的排队报文全部转发出去的期望延迟时间。

同理，节点C到节点D的期望延迟时间t_C,D为：

从而，整条潜在路径S-B-C-D的期望传输时间t_S,D为：

t_S,D＝t_S,B+t_B,C+t_C,D (10)

对于每个潜在中继节点而言，它的期望延迟时间指的是将报文从该中继节点传输到目的节点的期望延迟时间。以图3的潜在传输路径S-B-C-D为例，中继节点B在该路径上的期望传输时间为t_B,C+t_C,D。由于从同一个中继节点开始到目的节点可能存在多条潜在路径，例如从节点B到目的节点D存在B-C-D和B-C-E-D两条路径，基于此，本发明将任一中继节点j在所有潜在传输路径上期望延迟时间的最小值称之为该中继节点j的期望延迟时间，记为，仍以节点B为例，节点B的期望延迟时间具体为t_B,C+t_C,D(对应路径B-C-D)以及t_B,C+t_C,E+t_E,D(对应路径B-C-E-D)中的最小值，即以延迟时间最小的路径为准。

S302：源节点获取每个所述潜在中继节点的剩余容量。

源节点S从其维护的节点B以及节点E的节点信息中获取节点B和节点E的实时剩余容量信息。

S303：源节点依据每个所述潜在中继节点的剩余容量，计算每个所述潜在中继节点的加权期望延迟时间。

为均衡网络负载，避免部分中继节点因负载过重而导致传输延迟增加甚至丢包的问题，本发明对下一跳节点的选择除了以中继节点的期望延迟时间为依据，还将中继节点的剩余容量作为另一个依据，即在计算得到每个潜在中继节点的期望延迟时间后，源节点并不是简单地选择期望延迟时间最短的中继节点进行转发，还进一步考虑中继节点的剩余容量，尽可能选择剩余容量较多且期望延迟时间较短的潜在中继节点作为下一跳节点。

具体地，将节点的剩余容量为依据，对节点的期望延迟时间进行加权，得到节点的加权期望延迟时间。

本实施例对节点的加权期望延迟时间作出如下定义：在中继节点j的剩余容量大于所要转发的报文大小的前提下，该中继节点j的加权期望延迟时间为：

其中，B^j为节点j的总容量大小，为节点j的剩余容量大小。

S304：源节点选择加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为其下一跳节点。

S4：源节点将其待传输的数据转发至所述下一跳节点。

结合潜在中继节点的剩余容量及潜在中继节点到目的节点的期望延迟时间，源节点选择了当前时刻加权期望延迟时间最短的传输路径作为最优路径，并将报文发送给该最优传输路径上自身的下一跳节点(即加权期望延迟时间最小的潜在中继节点)。

S5：判断所述下一跳节点是否为目的节点，若判断结果为是，则结束；否则，若判断结果为否，则执行步骤S6。

S6：将所述下一跳节点作为新的源节点，并转至执行步骤S1。

当源节点将其报文转发至其下一跳节点，下一跳节点在收到报文后将其按照优先级加入到对应的消息队列中进行排队等待，由于网络中节点不断运行，节点间的相对位置一直在发生变化，报文在排队等待期间，网络中随时可能会有节点失效或新的节点加入，从而导致网络拓扑结构与源节点计算最优路径时不一致，同时，潜在路径上节点的数据排队等待情况也是实时变化的，基于此，当前收到报文的中继节点不是简单地采用源节点(或上一跳节点)计算出的最优路径直接转发报文，而是利用步骤S1根据当前网络的实时状态重新计算自身到目的节点的最优传输路径，并将数据包转发给所计算出的最优传输路径上的下一跳节点(即加权期望延迟时间最小的潜在中继节点)，每个中继节点均重复上述过程，实时计算当前的网络结构，获取当前网络中加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为其下一跳节点，直至将报文传输给目的节点为止。

综上，本发明公开的数据传输方法中，源节点综合考虑当前节点的数据排队情况以及节点间的链路带宽等信息，依据当前网络的实时状态计算、获取下一跳节点，并保证下一跳节点处于当前网络中的最优路径上，之后，下一跳节点作为新的源节点会根据网络的实时状态重新计算自身到目的节点的最优传输路径、进而获取新的下一跳节点，直至数据传输至目的节点为止。可见，本发明方法在数据传输过程中，每一跳节点的选择均会根据当前网络的实时状态重新计算、获取，保证了最终所得的传输路径为最优路径，从而解决了传输带宽和节点容量均受限情况下的DTN中高成功率、低延迟的路由选择、数据传输问题。

实施例三

本实施例三公开一种数据传输系统，请参见图5，该系统包括潜在路径计算模块501、潜在中继获取模块502、下一跳节点选择模块503、转发模块504以及判断模块505。

潜在路径计算模块501，用于使有数据传输需求的源节点依据其所维护的其他网络节点的节点信息，计算从所述源节点到目的节点的n条潜在传输路径。

潜在中继获取模块502，用于使所述源节点从所述n条潜在传输路径上获取x个与所述源节点相邻的网络节点作为所述源节点的潜在中继节点，其中，n、x为不小于1的自然数，且x≤n。

下一跳节点选择模块503，用于使所述源节点计算每个所述潜在中继节点的加权期望延迟时间，并选择加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为所述源节点的下一跳节点，其中，所述加权期望延迟时间为基于所述潜在中继节点的剩余容量对所述潜在中继节点的期望延迟时间进行加权所得，所述期望延迟时间具体为预估的所述潜在中继节点将数据传输至目的节点所需的最小期望延迟时间。

具体地，下一跳节点选择模块503包括期望延迟时间计算单元、剩余容量获取单元、加权期望延迟时间计算单元以及下一跳节点选择单元。

其中，期望延迟时间计算单元，用于使所述源节点计算每个所述潜在中继节点到目的节点的期望延迟时间；剩余容量获取单元，用于使所述源节点获取每个所述潜在中继节点的剩余容量；加权期望延迟时间计算单元，用于使源节点依据每个所述潜在中继节点的剩余容量，计算每个所述潜在中继节点的加权期望延迟时间；下一跳节点节点选择单元，用于使所述源节点选择加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为其下一跳节点。

转发模块504，用于使所述源节点将其待传输的数据转发至所述下一跳节点。

判断模块505，用于判断所述下一跳节点是否为目的节点，若判断结果为是，则结束；否则，若判断结果为否，则将所述下一跳节点作为新的源节点，并转至触发执行所述潜在路径计算模块501。

对于本发明实施例三公开的数据传输系统而言，由于其与以上实施例二公开的数据传输方法相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见以上实施例三中数据传输方法部分的说明即可，此处不再详述。

综上所述，本发明基于DTN的网络特性制定了网络节点的信息维护、更新机制，并基于公平性原则制定了数据转发调度策略，在此基础上，综合考虑网络的传输带宽和节点容量，提供了一种数据传输方法，数据传输过程中，每一跳节点的选择均会根据当前网络的实时状态重新计算、获取，保证了最终所得的传输路径为最优路径，从而本发明在保证高实时性的报文被及时转发的同时，兼顾了公平性，减少了网络的平均时延、增加了吞吐率，解决了传输带宽和节点容量均受限情况下的DTN中高成功率、低延迟的路由选择、数据传输问题。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块、单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本申请可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，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)执行本申请各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种网络节点，其特征在于，包括信息维护更新模块、数据接收模块和数据转发模块，其中：

所述信息维护更新模块，用于维护并定期更新所述网络节点的节点信息以及其他网络节点的节点信息，所述其他网络节点与所述网络节点为具有相同结构和功能的对等节点，所述节点信息包括节点的剩余容量信息、预先存储并维护的各消息队列的队列信息以及节点的运行轨迹和状态信息；

所述数据接收模块，用于接收其他网络节点转发的数据，并将接收的数据存储在所述网络节点相应的消息队列中；

所述数据转发模块，用于基于数据的优先级和数据的排队等待时间，计算所述网络节点的各消息队列中数据的综合权重，并依据所述其他网络节点的节点信息获取综合权重最大的数据的转发路由，对所述综合权重最大的数据进行转发；

其中，所述信息维护更新模块包括：

更新时间判断单元，用于判断所述网络节点的节点信息距上次更新时间是否大于等于一个更新周期，如果是，则触发节点信息计算单元；

节点信息计算单元，用于计算所述网络节点各个消息队列的队列信息及剩余容量信息；

数据广播单元，用于将计算出的队列信息及剩余容量信息加入更新信息数据包，并广播所述更新信息数据包；

广播信息接收单元，用于接收其他网络节点广播的更新信息数据包，并判断是否是第一次接收到所述其他网络节点的所述更新信息数据包，若判断结果为是，则触发广播信息更新单元，否则，若判断结果为否，则触发广播信息丢弃单元；

广播信息更新单元，更新所存储的所述其他网络节点的队列信息及剩余容量信息，并将所述其他网络节点的所述更新信息数据包广播出去；

广播信息丢弃单元，用于丢弃所述其他网络节点的所述更新信息数据包。

2.根据权利要求1所述的网络节点，其特征在于，所述数据具体为报文。

3.根据权利要求2所述的网络节点，其特征在于，所述消息队列的队列信息包括报文的入队速率、出队速率和排队报文的大小。

4.根据权利要求1所述的网络节点，其特征在于，所述数据转发模块包括：

权重计算单元，用于利用如下公式计算网络节点的各消息队列中优先级为i的报文l的综合权重w_l：w_l＝(T-t_l)α_i，其中：α_i为优先级为i的报文l的优先级权重，报文的优先级越高，其优先级权重越大，T是当前时刻，t_l是报文l到达所述网络节点的时刻；

最大权重选择单元，用于从所述网络节点的各消息队列中选择综合权重最大的报文；

报文转发单元，用于转发所述综合权重最大的报文。

5.一种数据传输方法，其特征在于，基于如权利要求1-4任意一项所述的网络节点，所述方法包括：

有数据传输需求的源节点依据其所维护的其他网络节点的节点信息，计算从所述源节点到目的节点的n条潜在传输路径；

源节点从所述n条潜在传输路径上获取x个与所述源节点相邻的网络节点作为所述源节点的潜在中继节点，其中，n、x为不小于1的自然数，且x≤n；

源节点计算每个所述潜在中继节点的加权期望延迟时间，并将加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为所述源节点的下一跳节点，其中，所述加权期望延迟时间为基于所述潜在中继节点的剩余容量对所述潜在中继节点的期望延迟时间进行加权所得，所述潜在中继节点的期望延迟时间具体为将数据从所述潜在中继节点传输至目的节点所需的最小期望延迟时间；

源节点将其待传输的数据转发至所述下一跳节点；

判断所述下一跳节点是否为目的节点，若判断结果为是，则结束；否则，若判断结果为否，则将所述下一跳节点作为新的源节点，并转至执行步骤：有数据传输需求的源节点依据其所维护的其他网络节点的节点信息，计算从所述源节点到目的节点的n条潜在传输路径。

6.根据权利要求5所述的数据传输方法，其特征在于，所述源节点计算每个所述潜在中继节点的加权期望延迟时间，并将加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为所述源节点的下一跳节点，具体包括：

源节点计算每个所述潜在中继节点到目的节点的期望延迟时间；

源节点获取每个所述潜在中继节点的剩余容量；

源节点依据每个所述潜在中继节点的剩余容量，计算每个所述潜在中继节点的加权期望延迟时间；

源节点选择加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为其下一跳节点。

7.一种数据传输系统，其特征在于，基于如权利要求1-4任意一项所述的网络节点，所述数据传输系统包括潜在路径计算模块、潜在中继获取模块、下一跳节点选择模块、转发模块以及判断模块，其中：

所述潜在路径计算模块，用于使有数据传输需求的源节点依据其所维护的其他网络节点的节点信息，计算从所述源节点到目的节点的n条潜在传输路径；

所述潜在中继获取模块，用于使所述源节点从所述n条潜在传输路径上获取x个与所述源节点相邻的网络节点作为所述源节点的潜在中继节点，其中，n、x为不小于1的自然数，且x≤n；

所述下一跳节点选择模块，用于使所述源节点计算每个所述潜在中继节点的加权期望延迟时间，并选择加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为所述源节点的下一跳节点，其中，所述加权期望延迟时间为基于所述潜在中继节点的剩余容量对所述潜在中继节点的期望延迟时间进行加权所得，所述潜在中继节点的期望延迟时间具体为将数据从所述潜在中继节点传输至目的节点所需的最小期望延迟时间；

所述转发模块，用于使所述源节点将其待传输的数据转发至所述下一跳节点；

所述判断模块，用于判断所述下一跳节点是否为目的节点，若判断结果为是，则结束；否则，若判断结果为否，则将所述下一跳节点作为新的源节点，并触发执行所述潜在路径计算模块。

8.根据权利要求7所述的数据传输系统，其特征在于，所述下一跳节点选择模块具体包括：

期望延迟时间计算单元，用于使所述源节点计算每个所述潜在中继节点到目的节点的期望延迟时间；

剩余容量获取单元，用于使所述源节点获取每个所述潜在中继节点的剩余容量；

加权期望延迟时间计算单元，用于使源节点依据每个所述潜在中继节点的剩余容量，计算每个所述潜在中继节点的加权期望延迟时间；

下一跳节点选择单元，用于使所述源节点选择加权期望延迟时间最小的潜在中继节点作为其下一跳节点。