CN104394074A - 一种容迟网中基于能效的消息转发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种容迟网中基于能效的消息转发方法，在容迟网中存在两个社区并具有社会自私性的情况下，根据网络节点间的接触率和传递消息的概率等信息，计算选择出满足条件且能耗最小的消息的副本数。首先计算节点的活跃度和源节点向目的节点传输消息的最优副本数 K ，然后设置源节点待转发的消息的副本数目为 K +1，表示该消息最多可以被复制成 K +1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相遇时，若该节点携带的消息的副本数目大于1时，则按节点的活跃度进行副本数目的分配；否则，不转发消息，直到遇到目的节点时才转发。这种消息转发方法，通过限制消息的副本数，从而降低消息传输的能耗。

Description

一种容迟网中基于能效的消息转发方法

技术领域

本发明涉及一种容迟网中基于能效的消息转发方法，属于延迟容忍网领域。

背景技术

容迟网络(Delay Tolerant Network，简称DTN)是一种端到端之间缺乏持续可靠连接的网路。DTN网络往往具有高延迟，低传输率，间歇型连接、节点频繁移动，延迟容忍、错误容忍、有限的存储以及通信环境恶劣等特点，使得传统的基于TCP/IP的端到端通信的互联网技术无法很好地为其提供服务。鉴于DTN网络的独特性。DTN路由作为延迟容忍网络中的重中之中，成为广大研究人员的首要研究对象。

Epidemic协议是由Amin Vahdat和David Becher提出的，它是基于机会转发策略路由算法的典型代表，思想是当两节点相遇时交换对方没有的数据分组，经足够的交换后，理论上每个非孤立节点将收到所有数据分组，从而实现数据分组的传输。其本质上是一种泛洪算法，每个节点都将数据分组转发给所有遇到的邻居节点。主要优点是能最大化数据分组的传输成功率，减少传输延迟，主要缺点是网络中存在大量数据分组副本，会消耗大量能量。

Chaithanya Manam V K和Mahendran V等人在Epidemic算法中提出了一种基于附加算法的消息驱动来提高路由的能效。该方法是基于异构性容迟网的情况下，综合考虑消息的生命周期和传输成功率要求，通过提出的算法，筛选出满足条件且能量消耗最少的副本数组合，通过在消息传输过程中限制副本数来提高路由的能效。但该算法没有考虑社会自私性和副本数限制等因素对选择消息副本数的影响，且没有提出一个明确的分配方案。

Yong Li和Pan Hui等人在2010年提出节点具有个体自私性和社会自私性，通过用马尔可夫模型对具有个体自私性和社会自私性的两个社区的节点建模，分析了社会自私性对消息传输延迟和能量消耗的影响。但马尔可夫模型由于其计算的复杂性，并不适用大量节点的情况。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种容迟网中基于能效的消息转发方法，在容迟网中存在两个社区并具有社会自私性的情况下，根据网络节点间的接触率和传递消息的概率等信息，计算选择出满足条件且能耗最小的消息的副本数，通过限制消息的副本数，有效降低能耗。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种容迟网中基于能效的消息转发方法，包括以下具体步骤：

步骤1，假设网络中存在两个社区V₁和V₂，分别有N₁和N₂个节点，同时，存在源节点S和目的节点D，源节点S和目的节点D接触后传递消息的概率为p₀＝1；消息的生命周期为E_t，消息的传输成功率下限为D_p，消息传递的副本数上限为L，计算满足上述条件且能耗最小的消息传递的副本数K：

式中，λ_in为相同社区之间节点的接触率，p_in为相同社区之间节点接触后传递消息的概率；λ_out为不同社区之间节点的接触率，p_out为不同社区之间节点接触后传递消息的概率，λ₀为源节点S或目的节点D与其它节点的接触率；

步骤2，当源节点S产生了一个需要转发的消息，对该消息附加一个属性即副本数目m_s＝K+1，表示该节点携带的该消息最多可以复制K+1份；

步骤3，在消息传递过程中，设在网络中任意一个携带该消息的非目的节点i，其副本数为m_i，当节点i遇到任意一个不携带该消息的节点j，首先判断该节点j是否为目的节点D，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，则节点i自身保留副本数目m′_i，转发副本数目m′_j给节点j；若m_i＝1，则不再转发；其中：

式中，a_i为非目的节点i的活跃度；a_j为非目的节点j的活跃度；

步骤5，循环步骤3至4，直到消息被转发给目的节点为止。

作为本发明的进一步优化方案，步骤4中非目的节点i的活跃度a_i为：

$a_i=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_0\·(N_1+N_2),& i=S\\ {\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}{p}_{\mathrm{in}}{N}_1+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}}{p}_{\mathrm{out}}{N}_2,& i\∈V_1\\ {\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}{p}_{\mathrm{in}}{N}_2+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}}{p}_{\mathrm{out}}{N}_1,& i\∈V_2\end{array}\right..$

作为本发明的进一步优化方案，步骤4中非目的节点j的活跃度a_j为：

$a_j=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}{p}_{\mathrm{in}}{N}_1+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}}{p}_{\mathrm{out}}{N}_2,& j\∈V\\ {\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}{p}_{\mathrm{in}}{N}_2+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}}{p}_{\mathrm{out}}{N}_1,& j\∈V_2\end{array}\right..$

作为本发明的进一步优化方案，步骤1中所述社区V₁中节点数N₁为40。

作为本发明的进一步优化方案，步骤1中所述社区V₂中节点数N₂为60。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1)本发明的方法提出了一个选择最优副本数的方法，通过限制消息的副本数，从而达到降低消息传输的能耗的效果；

2)本发明的方法综合考虑了社会自私性和副本数限制等因素，有助于分析这些因素对计算选择能耗最小的副本数的影响。

附图说明

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明提供一种容迟网中基于能效的消息转发方法，如图1所示，包括以下具体步骤：

步骤1，假设网络中存在两个社区V₁和V₂，分别有N₁和N₂个节点，同时，存在源节点S和目的节点D，源节点S和目的节点D接触后传递消息的概率为p₀＝1；消息的生命周期为E_t，消息的传输成功率下限为D_p，消息传递的副本数上限为L，计算满足上述条件且能耗最小的消息传递的副本数K：

式中，λ_in为相同社区之间节点的接触率，p_in为相同社区之间节点接触后传递消息的概率；λ_out为不同社区之间节点的接触率，p_out为不同社区之间节点接触后传递消息的概率，λ₀为源节点S或目的节点D与其它节点的接触率；

步骤2，当源节点S产生了一个需要转发的消息，对该消息附加一个属性即副本数目m_s＝K+1，表示该节点携带的该消息最多可以复制K+1份；

步骤3，在消息传递过程中，设在网络中任意一个携带该消息的非目的节点i，其副本数为m_i，当节点i遇到任意一个不携带该消息的节点j，首先判断该节点j是否为目的节点D，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，则节点i自身保留副本数目m′_i，转发副本数目m′_j给节点j，；若m_i＝1，则不再转发；其中：

式中，a_i为非目的节点i的活跃度， $a_i=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_0\·(N_1+N_2),& i=S\\ {\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}{p}_{\mathrm{in}}{N}_1+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}}{p}_{\mathrm{out}}{N}_2,& i\∈V_1\\ {\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}{p}_{\mathrm{in}}{N}_2+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}}{p}_{\mathrm{out}}{N}_1,& i\∈V_2\end{array}\right.;$ a_j为非目的节点j的活跃度， $a_j=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}{p}_{\mathrm{in}}{N}_1+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}}{p}_{\mathrm{out}}{N}_2,& j\∈V\\ {\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}{p}_{\mathrm{in}}{N}_2+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}}{p}_{\mathrm{out}}{N}_1,& j\∈V_2\end{array}\right.;$

步骤5，循环步骤3至4，直到消息被转发给目的节点为止。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

1、假设网络中存在两个社区V₁和V₂，分别有N₁＝40和N₂＝60个节点，同时，存在源节点S和目的节点D，其中，源节点S和目的节点D与其它节点的接触率均为λ₀＝0.00008，源节点S和目的节点D接触后传递消息的概率为p₀＝1；其中，相同社区之间节点的接触率为λ_in＝0.0001，接触后传递消息的概率为p_in＝0.8；不同社区之间节点的接触率为λ_out＝0.00005，接触后传递消息的概率为p_out＝0.6。

2、根据网络中的除目的节点D外任一节点i的活跃度a_i的表达式：

$a_i=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\λ}}_0\·(N_1+N_2),& i=S\\ {\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}{p}_{\mathrm{in}}{N}_1+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}}{p}_{\mathrm{out}}{N}_2,& i\∈V_1\\ {\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}{p}_{\mathrm{in}}{N}_2+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}}{p}_{\mathrm{out}}{N}_1,& i\∈V_2\end{array}\right.,$

计算网络中的除目的节点D外任一节点i的活跃度a_i：

$a_i=\left\{\begin{array}{cc}0.008,& i=S\\ 0.005,& i\∈V_1\\ 0.006,& i\∈V_2\end{array}\right..$

3、设消息的生命周期为E_t＝2000，消息的传输成功率下限为D_p＝0.8，消息传递的副本数上限为L＝20，根据副本数K的表达式：

其中，计算满足上述条件且能耗最小的消息传递的副本数K＝12；

4、当源节点S产生了一个需要转发的消息，对该消息附加一个属性即副本数目m_s＝K+1＝13，表示该节点携带的该消息最多可以复制13份；

5、设在消息传递过程中，源节点S遇到社区V₁中一个不携带该消息的节点i，判断节点i不是目的节点D，则源节点S自身保留副本数目m′_s＝8，转发副本数目为m′_i＝5给节点i；

6、设在消息传递过程中，节点i遇到社区V₂中一个不携带该消息的节点j，判断节点j不是目的节点D，则节点i自身保留副本数目m′_i＝2，转发副本数目为m′_j＝3给节点j；

7、节点j遇到目的节点D，则完成消息的交付，转发结束。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，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 (5)

1.一种容迟网中基于能效的消息转发方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤1，假设网络中存在两个社区V₁和V₂，分别有N₁和N₂个节点，同时，存在源节点S和目的节点D，源节点S和目的节点D接触后传递消息的概率为p₀＝1；消息的生命周期为E_t，消息的传输成功率下限为D_p，消息传递的副本数上限为L，计算满足上述条件且能耗最小的消息传递的副本数K：

式中，λ_in为相同社区之间节点的接触率，p_in为相同社区之间节点接触后传递消息的概率；λ_out为不同社区之间节点的接触率，p_out为不同社区之间节点接触后传递消息的概率，λ₀为源节点S或目的节点D与其它节点的接触率；

步骤2，当源节点S产生了一个需要转发的消息，对该消息附加一个属性即副本数目m_s＝K+1，表示该节点携带的该消息最多可以复制K+1份；

步骤3，在消息传递过程中，设在网络中任意一个携带该消息的非目的节点i，其副本数为m_i，当节点i遇到任意一个不携带该消息的节点j，首先判断该节点j是否为目的节点D，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，则节点i自身保留副本数目m′_i，转发副本数目m′_j给节点j；若m_i＝1，则不再转发；其中：

式中，a_i为非目的节点i的活跃度；a_j为非目的节点j的活跃度；

步骤5，循环步骤3至4，直到消息被转发给目的节点为止。

2.根据权利要求1所述的一种容迟网中基于能效的消息转发方法，其特征在于，步骤4中非目的节点i的活跃度a_i为：

$a_i=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\λ}}_0\·(N_1+N_2),i=S\\ {\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}{p}_{\mathrm{in}}{N}_1+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}}{p}_{\mathrm{out}}{N}_2,i\∈V_1\\ {\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}{p}_{\mathrm{in}}{N}_2+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}}{p}_{\mathrm{out}}{N}_1,i\∈V_2\end{array}\right..$

3.根据权利要求1所述的一种容迟网中基于能效的消息转发方法，其特征在于，步骤4中非目的节点j的活跃度a_j为：

$a_j=\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}{p}_{\mathrm{in}}{N}_1+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}}{p}_{\mathrm{out}}{N}_2,j\∈V\\ {\mathrm{\λ}}_{\mathrm{in}}{p}_{\mathrm{in}}{N}_2+{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{out}}{p}_{\mathrm{out}}{N}_1,j\∈V_2\end{array}\right..$

4.根据权利要求1所述的一种容迟网中基于能效的消息转发方法，其特征在于，步骤1中所述社区V₁中节点数N₁为40。

5.根据权利要求1所述的一种容迟网中基于能效的消息转发方法，其特征在于，步骤1中所述社区V₂中节点数N₂为60。