CN104168189B - 一种在dtn网络中基于节点属性模型的散发等待路由方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于容忍延迟网络(DTN)领域，具体涉及一种在DTN网络中基于节点属性模型的散发等待路由方法。本发明包括：源节点S确定当前所要传递的消息副本数L；S判断邻居节点A的运动夹角θA；利用节点运动属性模型公式确定源节点S将要传递给邻居节点A的消息转发副本参数γ；S在自身缓存中复制γ*L个消息副本；判断节点A与源节点S的关系属性权值；若源节点S在运动属性和关系属性方面都优于邻居节点A，则S不向节点A传输任何该消息的副本。本方案在消息传递的过程中合理地考虑到了网络中节点属性的权重，结合多副本模式的散发等待路由，合理的分配了节点所携带的各个消息副本。该方案具有计算简单、处理快、高效等特点。

Description

一种在DTN网络中基于节点属性模型的散发等待路由方法
技术领域
本发明属于容忍延迟网络(DTN)领域，具体涉及一种在DTN网络中基于节点属性模型的散发等待路由方法。
背景技术
DTN网络具有连接间断性、拓扑易变性、网络分割性及终端多样性等特点，因此，关于DTN路由算法的评价标准不同于传统的网络。在传统的网络路由协议中，要求源端到目的端必须要有一条确定的路径才能进行数据传输，而在DTN网络中，则不需要建立这样一条通路；另外，传统的路由协议模型的目的是将信息以最小代价从源端传输到目的端，即评价路由性能的标准是比较路由的最短路径和跳数，而DTN路由协议的目的是尽可能的将消息传输给目的端，在此基础上尽可能的减小传输延迟和网络开销，即消息的交付率是DTN路由的首要目的。
散发等待路由是由蔓延路由改进的一种路由方法，相比于蔓延路由，散发等待路由的最大不同点在于它限制了报文拷贝的最大副本数，即在初始时就已经确定了允许拷贝的最大值。散发等待路由主要分为两个阶段，分别是散发和等待。在散发阶段，携带报文的源节点首先把将要传输的报文消息复制L份，并保存在自己的缓存中。接着，当源节点每遇到一个相遇节点时，便将拷贝的一个副本传递给相遇节点，并且使自身的报文副本数减1。若在散发阶段，源节点遇到目的节点，则将报文传递给目的节点，并结束散发过程。当源节点的报文数减少到1时，进入等待阶段，即源节点不再向相遇节点散发报文，而是直接携带该报文直至遇到目的节点，并将报文传递给目的节点。
传统的散发等待路由，在报文传递的过程中存在着一定的盲目性，即当源节点遇到连接节点时，它会随机的将报文散发出去。如果连接节点是一个不活跃的节点，或者是一个距离目的节点更远的节点，那么这样的散发就是多余的，是无效的，只会给网络增加无谓的负担。另外，在路由的等待阶段，同样会遇到类似的问题。通常，节点在等待阶段只有当遇到摆渡节点或者目的节点时，才会将报文传递出去。而实际上，节点在等待阶段，很可能遇到比自己更好的节点，即更有可能到达目的节点的连接节点，那么，路由就会白白浪费了好多机会。
基于以上分析，针对于在传统散发等待路由里源节点在散发阶段的盲目性和等待阶段的非适应性，提出了一种基于节点属性模型的改进散发等待路由方法。利用节点的属性来选择报文传递的路径，即当源节点附近存在连接节点时，通过节点的属性择优的从这些连接节点中选取中继节点，并根据节点属性的优劣程度控制报文传递的数目。在等待阶段，如果邻居节点的属性优于当前节点，则当前节点也会将报文传递出去。
发明内容
本发明的目的在于对已有的散发等待路由方法进行优化，提出一种提高消息传递的成功率，并降低网络开销的在DTN网络中基于节点属性模型的散发等待路由方法。
本发明的目的是这样实现的：
步骤1：源节点S确定当前所要传递的消息副本数L；
步骤2：当源节点S与邻居节点A相遇时，源节点S向邻居节点A请求其节点属性信息；当邻居节点A同意并将节点属性信息传递给源节点S之后，S判断邻居节点A的运动夹角θA；
步骤3：若节点A的运动夹角即节点A是向着目的节点的方向运动的，则利用节点运动属性模型公式确定源节点S将要传递给邻居节点A的消息转发副本参数γ；S在自身缓存中复制γ*L个消息副本，并将这些副本传递给邻居节点A，同时更新自身消息副本数变量L'＝(1-γ)*L；转到步骤6；若节点A的运动夹角转到步骤4；
步骤4：若节点的运动方向夹角即节点A并非向着目的节点D的方向运动，则判断节点A与源节点S的关系属性权值；如果A>S，则根据节点关系属性模型公式，确定源节点S将要传递给邻居节点A的消息转发副本参数γ；S在自身缓存中复制γ*L个消息副本，并将这些副本传递给邻居节点A，同时更新自身消息副本数变量L'＝(1-γ)*L；转到步骤6；
步骤5：若源节点S在运动属性和关系属性方面都优于邻居节点A，则S不向节点A传输任何该消息的副本；
步骤6：若还有其它邻居节点，则转到步骤1，继续判断节点属性，否则结束。
在步骤2中，邻居节点A的运动夹角θA的计算公式为θA＝|θ-θAD|；其中θ为节点A的运动方向角，θAD为节点A和目的节点D的位置矢量的方向夹角；目的节点D的位置可以通过在节点中的定位系统获取到。
在步骤4中，邻居节点A和源节点S的活跃均值Navg；为了计算活跃均值，在本地节点需要添加几个变量：一个是节点的时间戳T，用来记录节点关系权值也就是节点活跃值更新的时间；一个是节点在当前的时间戳T内所接触的节点个数Nnow，还有一个是节点在过去所有的单位时间戳内接触到的节点个数均值Navg；节点每经过一个时间戳T，就会自动更新N'avg；更新的公式如下：节点在第一个时间段T内，N'avg即为当前时间段内所遇到的节点数，Nnow设为0。
本发明的有益效果在于：与传统现有的方案相比，本方案在消息传递的过程中合理地考虑到了网络中节点属性的权重，将节点属性作为消息传递的一个重要因素，并且定义了节点属性优劣的标准，将其公式化，结合多副本模式的散发等待路由，合理的分配了节点所携带的各个消息副本。该方案具有计算简单、处理快、高效等特点。
附图说明
图1为本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对具体实施步骤进行进一步说明。
本发明利用在DTN网络中节点属性的优劣来控制并决定消息传递的路径，从而达到在一定程度上改善路由在散发阶段的盲目性，以此来提高消息传递的成功率，并降低网络开销。
本发明的内容主要包括节点运动属性模型的建立、节点关系属性模型的建立以及根据节点属性模型而改进的散发等待路由方法。
在节点运动属性模型中，本发明的主要步骤包括：获取节点的位置信息、运动方向以及运动速度。同时还要获取到消息所要传递到的目的节点的位置信息，以便计算节点运动属性中的运动方向夹角和相对位置。接着根据公式计算该节点的运动方向夹角θA、运动速度VA以及与目的节点的距离SA。
在节点关系属性模型中，本发明的主要步骤包括：在节点中设置一个时间戳T，用来记录节点关系权值更新的时间；接着记录节点在当前的时间戳T内所接触的节点个数Nnow，并且随着时间的不断推移，节点每经过一个时间戳T，就会自动更新Nnow，并根据公式计算节点在过去时间里所遇到的平均节点个数N'avg。
在改进的散发等待路由方法中，本发明的主要步骤包括:1.源节点S确定当前所要传递的消息副本数L，并作为变量存于节点缓存中。2.当源节点S与邻居节点A(非目的节点)相遇时，源节点S向邻居节点A请求其节点属性信息。当邻居节点A同意并将节点属性信息传递给源节点S之后，S判断邻居节点A的运动夹角θA。3.若节点A是向着目的节点的方向运动的，则利用节点运动属性模型公式确定源节点S将要传递给邻居节点A的消息转发副本参数γ。S在自身缓存中复制γ*L个消息副本，并将这些副本传递给邻居节点A，同时更新自身消息副本数变量L'＝(1-γ)*L。4.若节点的运动方向夹角不满足条件，即节点A并非向着目的节点D的方向运动，则判断节点A与源节点S的关系属性权值。如果A>S，则根据节点关系属性模型公式确定源节点S将要传递给邻居节点A的消息转发副本参数γ。S在自身缓存中复制γ*L个消息副本，并将这些副本传递给邻居节点A，同时更新自身消息副本数变量L'＝(1-γ)*L。5.若节点A的运动属性和关系属性都不如当前的源节点S，则S不向传输任何该消息的副本。6.若还有其它邻居节点，则转到步骤1，继续判断节点属性，否则结束。
如图1的流程图所示，本发明方法的具体步骤如下：
1.源节点S首先确定当前所要传递的消息副本数L，并作为变量存于当前节点的缓存中。
2.节点运动模块负责设置节点的运动方式，可以采用随机的运动模式，也可以采取基于地图的运动模式。当源节点S与邻居节点A(非目的节点)相遇时，源节点S向邻居节点A请求其节点属性信息。当邻居节点A同意并将自身属性信息包括运动方向、运动速度、自身位置以及关系属性传递给源节点S之后，S计算邻居节点A的运动夹角θA。
当S计算节点A的运动夹角时，除了需要A的节点属性信息外，还需要目的节点的位置信息，这里可以通过在节点安置一个定位系统装置来完成。计算节点A的运动夹角公式为其中，θ为节点A的运动方向角，x、y分别为各自节点的横纵坐标(D为目的节点)。
3.若节点A的运动夹角即可以判定节点A是向着目的节点的方向运动的，则利用节点运动属性模型公式确定源节点S将要传递给邻居节点A的消息转发副本参数γ。确定消息副本参数γ的公式为：其中λ1+λ2+λ3＝1。θS表示节点的运动方向与目的节点的位置矢量间的夹角，V表示节点的运动速度，SS表示节点到目的节点的距离，λ1、λ2、λ3分别为各自的权重。
当源节点S计算出需要传递的消息副本参数γ之后，S在自身缓存中复制γ*L个消息副本，并将这些副本传递给邻居节点A，同时更新自身消息副本数变量L'＝(1-γ)*L。
4.若计算出节点A的运动方向夹角不满足条件，即节点A并非向着目的节点D的方向运动，则计算节点A与源节点S的关系属性权值。节点A的关系属性权值计算公式为在计算节点A的关系属性权值时，需要在本地节点的缓存中设置几个变量，一个是节点的时间戳T，用来记录节点关系权值也就是节点活跃值更新的时间；一个是节点在当前的时间戳T内所接触的节点个数Nnow，还有一个是节点在过去所有的单位时间戳内接触到的节点个数均值Navg。节点每经过一个时间戳T，就会自动根据上面的公式更新N'avg。节点在第一个时间戳T内，N'avg即为当前时间段内所遇到的节点数，Nnow设为0。
如果N'A-avg>N'S-avg，则根据节点关系属性模型公式确定源节点S将要传递给邻居节点A的消息转发副本参数γ。确定消息副本参数γ的公式为：当源节点S同样计算出需要传递的消息副本参数γ之后，S在自身缓存中复制γ*L个消息副本，并将这些副本传递给邻居节点A，同时更新自身消息副本数变量L'＝(1-γ)*L。
5.若节点A的运动属性和关系属性都不满足条件，即且N'A-avg<N'S-avg，则将当前消息的传输副本参数γ设为0，即S不向节点A传输任何该消息的副本。
6.若还有其它邻居节点，则转到步骤1，继续判断节点属性，否则结束。

Claims (1)

1.一种在DTN网络中基于节点属性模型的散发等待路由方法，其特征在于：
(1)源节点S首先确定当前所要传递的消息副本数L，并作为变量存于当前节点的缓存中；
(2)节点运动模块负责设置节点的运动模式，采用随机的运动模式，或者采取基于地图的运动模式；当源节点S与邻居节点A相遇时，源节点S向邻居节点A请求其节点属性信息；当邻居节点A同意并将自身属性信息包括运动方向、运动速度、自身位置以及关系属性传递给源节点S之后，源节点S计算邻居节点A的运动夹角θA；
当源节点S计算邻居节点A的运动夹角时，除了需要邻居节点A的节点属性信息外，还需要目的节点的位置信息，通过在节点安置一个定位系统装置来完成；计算邻居节点A的运动夹角公式为其中，D为目的节点，θ为邻居节点A的运动方向角，x、y分别为各自节点的横纵坐标；
(3)若邻居节点A的运动夹角即判定邻居节点A是向着目的节点的方向运动的，则利用节点运动属性模型公式确定源节点S将要传递给邻居节点A的消息副本参数γ；确定消息副本参数γ的公式为：其中λ1+λ2+λ3＝1；θS表示源节点的运动方向与目的节点的位置矢量间的夹角，VA表示邻居节点的运动速度，VS表示源节点的运动速度，SA表示邻居节点到目的节点的距离，SS表示源节点到目的节点的距离，λ1、λ2、λ3分别为各自的权重；
当源节点S计算出需要传递的消息副本参数γ之后，源节点S在自身缓存中复制γ*L个消息副本，并将这些副本传递给邻居节点A，同时更新自身消息副本数变量L'＝(1-γ)*L；
(4)若计算出邻居节点A的运动夹角不满足条件，即邻居节点A并非向着目的节点D的方向运动，则计算邻居节点A与源节点S的关系属性权值；节点的关系属性权值计算公式为在计算节点的关系属性权值时，需要在本地节点的缓存中设置几个变量，一个是节点的时间戳T，用来记录节点关系权值也就是节点活跃值更新的时间；一个是节点在当前的时间戳T内所接触的节点个数Nnow，还有一个是节点在过去所有的单位时间戳内接触到的节点个数均值Navg；节点每经过一个时间戳T，就会自动根据上面的公式更新N'avg；节点在第一个时间戳T内，N'avg即为当前时间段内所遇到的节点数，Nnow设为0；
如果N'A-avg>N'S-avg，N'A-avg为邻居节点A的关系属性权值，N'S-avg为源节点S的关系属性权值，则根据节点关系属性模型公式确定源节点S将要传递给邻居节点A的消息副本参数γ；确定消息副本参数γ的公式为：当源节点S同样计算出需要传递的消息副本参数γ之后，源节点S在自身缓存中复制γ*L个消息副本，并将这些副本传递给邻居节点A，同时更新自身消息副本数变量L'＝(1-γ)*L；
(5)若邻居节点A的运动属性和关系属性都不满足条件，即且N'A-avg<N'S-avg，则将当前消息的传输副本参数γ设为0，即源节点S不向邻居节点A传输任何该消息的副本；
(6)若还有其它邻居节点，则转到步骤(1)，继续判断节点属性，否则结束。
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