CN104780585B - 一种基于位置信息的机会网络数据转发方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于位置信息的机会网络数据转发方法，属于无线自组织网络技术领域。本发明方法首先通过目标节点的位置信息泛洪，来为数据转发提供依据，增大了数据送达率；并通过节点淘汰策略，有效降低了平均的节点存储空间占用率；本发明还进一步通过选择性加速转发策略，保证了稳定可靠的送达率目标。相比现有技术，本发明具有较低节点平均占用率和高数据送达率。

Description

一种基于位置信息的机会网络数据转发方法

技术领域

本发明涉及无线自组织网络技术领域，尤其涉及一种基于位置信息的机会网络数据转发方法。

背景技术

随着目前网络技术的飞速发展，无线网络在人们的日常生活中占据着越来越重要的地位，然后由于种种原因的限制，无线网络并不是在任何场合都能连通，但是网络不连通不代表着无法通信和进行数据传输。

蓝牙，是一种支持设备短距离通信(一般10m内)的无线电技术。在日常生活中，短距离内运用蓝牙技术在没有网络的情况下确实给我们带来很大的便利，但是只依靠蓝牙技术，距离一旦超出蓝牙范围，就无法进行通信和数据传输。在这背景下，机会网络技术应运而生。

机会网络是一种不需要源节点和目的节点之间存在完整路径，利用节点移动带来的相遇机会实现网络通信的自组织网络。源节点通过把数据转发给邻居节点，通过邻居节点的移动和下一跳转发，不断创造与目标节点相遇的机会，从而实现数据的送达。

机会网络虽然能解决绝大多数网络不连通情况下的通信和数据转发，但是由于实现原理和过程的限制，存在着一些不足和缺点，比如：送达率难以保证，时延较高，节点平均占用率太高等问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有机会网络数据传输技术所存在的节点平均占用率较高而数据送达率较低的不足，提供一种具有较低节点平均占用率和高数据送达率的基于位置信息的机会网络数据转发方法。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于位置信息的机会网络数据转发方法，所述机会网络中各节点可随时获知自身的位置信息，包括以下步骤：

步骤1、通过节点间的消息广播，源节点获取目标节点位置；

步骤2、源节点按照以下方法选择自身的下一跳中间节点并进行数据的转发：

源节点从自身通信范围内的邻居节点中选择出速度大于预设速度阈值，速度方向与从源节点自身指向目标节点的射线之间的夹角小于预设角度阈值，且未存储所述数据的邻居节点作为自身的下一跳节点，并将所述数据向所选择的下一跳中间结点转发；如转发成功的下一跳中间节点数达到预设的节点数阈值，或者数据转发成功次数达到两次或两次以上且所述数据在源节点上的保存时间超过预设时间阈值，则停止继续寻找下一跳中间节点和数据转发，未接收完数据的下一跳中间节点不再接收数据并删除已接收数据；步骤3、接收到数据的每一个中间节点首先通过节点间的消息广播获取目标节点当前位置，中间节点计算自身与目标节点之间的距离L，并以两点间中点为中心确定一个2L*2L的区域，在自由运动一段时间后再次计算自身与目标节点之间的距离d，如d＞L(1-P)，P为目前可能送达的概率，其值为1减去之前各跳数据未送达概率的乘积，每一跳未送达概率为1减去这一跳所确定区域中所有携带数据节点的广播面积与当前所确定区域总面积的比值，则该中间节点不再进行下一跳中间节点的选择及数据的转发，并将自身所保存的数据删除，否则，该中间节点按照以下方法选择自身的下一跳中间节点并进行数据的转发：中间节点从自身通信范围内的邻居节点中选择出速度大于所述速度阈值，速度方向与从自身指向目标节点的射线之间的夹角小于所述角度阈值，且未存储所述数据的邻居节点作为自身的下一跳节点，并将所述数据向所选择的下一跳中间结点转发；如转发成功的下一跳中间节点数达到所述节点数阈值，或者数据转发成功次数达到两次或两次以上且所述数据在当前节点上的保存时间超过预设时间阈值，则停止继续寻找下一跳中间节点和数据转发，未接收完数据的下一跳中间节点不再接收数据并删除已接收数据；

步骤4、重复步骤3，直至目标节点成功接收到所述数据；目标节点广播通知仍带有所述数据的中间节点删除所述数据。

为了进一步降低节点平均占用率，在当前节点向自身的下一跳中间节点进行数据转发的过程中，在出现下一跳中间节点脱离当前节点的通信范围的情况时，先等待一段时间，如在该段等待时间中所述下一跳中间节点回到当前节点的通信范围，则重新进行数据转发，否则，所述下一跳中间节点将已接收到的部分数据删除。

进一步地，该方法还包括自适应调整数据转发速度，具体如下：如进行数据转发的节点的数据转发成功次数等于所述节点数阈值，则该节点的下一跳中间节点将所述节点数阈值增大，否则，该节点的下一跳中间节点将所述角度阈值增大和/或将所述速度阈值减小。

相比现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明方法首先通过目标节点的位置信息泛洪，来为数据转发提供依据，增大了数据送达率；并通过节点淘汰策略，有效降低了平均的节点存储空间占用率；本发明还进一步通过选择性加速转发策略，保证了稳定可靠的送达率目标。

具体实施方式

下面对本发明的技术方案进行详细说明：

本发明的目的是在节点平均占用率较低的情况下尽可能增大数据送达率。首先通过节点间的消息广播，让源节点获知目标节点位置，由此确定一个区域，在该区域内寻找合适节点进行转发；收到并携带信息的节点自由运动后，通过筛选出一部分节点，再次分别确定区域，在区域内寻找合适节点再一次进行转发，直至信息成功转发给目标节点。为了制定较佳的数据转发策略，有必要将送达率公式化，以便分析。这里主要考虑两个变量：当前这一跳确定的区域内携带数据的节点数m和当前这一跳确定的区域的面积S，r为节点的广播半径，且由于广播面积远小于区域面积，不考虑重合。未送达率计算公式为：

送达率P计算公式为：

因此送达率主要是取决于区域内携带数据节点的数量。

根据以上思路可知应尽可能提高区域内携带数据节点的数量，并利用其他措施减少节点平均占用率。

为便于公众理解，下面以一个优选实施例来对本发明技术方案进行详细说明。

在本实施例中，数据转发具体包括以下步骤：

步骤1：通过节点间的消息广播，源节点获取目标节点位置；

具体方法如下：源节点A向周围节点广播携带自己位置坐标、自己和目标节点B的ID的寻找报文，报文携带一个生存时间TTL(值设为256)，一旦周围节点收到，进行ID对比。如果自己的ID与广播中目标节点B的ID相同，该节点即为目标节点B，该节点向周围节点广播携带自己当前位置坐标的反馈报文，报文也携带一个生存时间TTL(值设为256)；如果不相同，周围节点收到后继续广播寻找报文(寻找报文中TTL值减1，值一旦为0就停止广播)，10分钟后停止广播并删除寻找报文；或者该节点接收到反馈报文，停止广播并删除寻找报文，并在收到和广播反馈报文10分钟后停止广播并删除反馈报文。

步骤2：当源节点A得到了目标节点B的位置坐标后，根据坐标确定一个区域，在自己的广播半径内进行周围中间节点的寻找和转发：当源节点A发现周围某邻居节点满足以下条件：速度v大于一个预设值v₀、速度方向与自己与目标节点B的连线所成角度θ小于一个值预设θ₀，并且没有该数据时，则将数据转发至该节点；若转发中中间节点丢失，即中间节点离开源节点的广播半径，则源节点等待中间节点再次出现并继续转发，若中间节点一定时间内仍没有与源节点重新取得联系，为了降低节点平均占用率，中间节点删除已接收到的部分数据；当源节点转发成功的中间节点数达到k个(优选设为5)，或者数据转发成功次数大于1且数据在源节点停留时间超过预设时间t，则停止继续寻找中间节点和转发，未接收完数据的中间节点不再接收并删除已接收数据。

步骤3：接收到数据的每一个中间节点首先通过节点间的消息广播获取目标节点当前位置，中间节点计算自身与目标节点之间的距离L，并以两点间中点为中心确定一个2L*2L的区域，在自由运动一段时间后再次计算自身与目标节点之间的距离d，如d＞L(1-P)，P为目前可能送达的概率，其计算方法如式(1)、式(2)所示，则淘汰该中间节点，亦即该中间节点不再进行下一跳中间节点的选择及数据的转发，并将自身所保存的数据删除，否则，该中间节点按照与步骤2中相同的方法选择自身的下一跳中间节点并进行数据的转发：中间节点从自身通信范围内的邻居节点中选择出速度v大于v₀，速度v方向与从自身指向目标节点的射线之间的夹角θ小于θ₀，且未存储所述数据的邻居节点作为自身的下一跳节点，并将数据向所选择的下一跳中间结点转发；如转发成功的下一跳中间节点数达到k，或者数据转发成功次数达到两次或两次以上且所述数据在当前节点上的保存时间超过预设时间t，则停止继续寻找下一跳中间节点和数据转发，未接收完数据的下一跳中间节点不再接收数据并删除已接收数据。

步骤4：重复步骤3，直至有一个中间节点与目标节点B的距离小于广播半径，进行转发并且转发成功，此时目标节点B向周围广播报文让依然携带数据进行寻找的中间节点删除数据。

上述技术方案中源节点、目标节点和中间携带信息的节点之间位置是需要通过相互广播来知晓的，这样便于确定数据转发方向，大大提高了送达率，并且通过淘汰低效节点的策略，大大减小了节点平均占用率。

为了进一步提高数据转发速度，本发明还引入了自适应调整数据转发速度的策略，具体如下：如进行数据转发的节点的数据转发成功次数等于所述节点数阈值，则该节点的下一跳中间节点将所述节点数阈值增大，否则，该节点的下一跳中间节点将所述角度阈值增大和/或将所述速度阈值减小。

在制定加速转发策略之前，首先要考虑三个参数：中间节点的速度阈值v₀、中间节点速度方向与自己与目标节点B的连线所成角度的角度阈值θ₀、中间节点成功转发数据的次数k。转发过程的加速转发策略主要通过改变上面3个参数来确定，选择改变上面3个参数中的哪个来进行加速转发通过上一次转发的中间节点(即上一跳节点)转发成功次数n进行确定：

a)当n＝k时，说明当前区域内节点密度较大，可通过增大k值，增加区域内携带数据的节点数以实现加速转发；

b)当n<k时，当前区域内节点密度较小，可通过增大θ₀和/或减小v₀来降低寻找条件，增加区域内携带数据的节点数以实现加速转发。

Claims (4)

1.一种基于位置信息的机会网络数据转发方法，所述机会网络中各节点可随时获知自身的位置信息，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过节点间的消息广播，源节点获取目标节点位置；

步骤2、源节点按照以下方法选择自身的下一跳中间节点并进行数据的转发：

源节点从自身通信范围内的邻居节点中选择出速度大于预设速度阈值，速度方向与从源节点自身指向目标节点的射线之间的夹角小于预设角度阈值，且未存储所述数据的邻居节点作为自身的下一跳节点，并将所述数据向所选择的下一跳中间节点转发；如转发成功的下一跳中间节点数达到预设的节点数阈值，或者数据转发成功次数达到两次或两次以上且所述数据在源节点上的保存时间超过预设时间阈值，则停止继续寻找下一跳中间节点和数据转发，未接收完数据的下一跳中间节点不再接收数据并删除已接收数据；

步骤3、接收到数据的每一个中间节点首先通过节点间的消息广播获取目标节点当前位置，中间节点计算自身与目标节点之间的距离L，并以两点间中点为中心确定一个2L*2L的区域，在自由运动一段时间后再次计算自身与目标节点之间的距离d，如d＞L(1-P)，P为目前可能送达的概率，其值为1减去之前各跳数据未送达概率的乘积，每一跳未送达概率为1减去这一跳所确定区域中所有携带数据节点的广播面积与当前所确定区域总面积的比值，则该中间节点不再进行下一跳中间节点的选择及数据的转发，并将自身所保存的数据删除，否则，该中间节点按照以下方法选择自身的下一跳中间节点并进行数据的转发：中间节点从自身通信范围内的邻居节点中选择出速度大于所述速度阈值，速度方向与从自身指向目标节点的射线之间的夹角小于所述角度阈值，且未存储所述数据的邻居节点作为自身的下一跳节点，并将所述数据向所选择的下一跳中间节点转发；如转发成功的下一跳中间节点数达到所述节点数阈值，或者数据转发成功次数达到两次或两次以上且所述数据在当前节点上的保存时间超过预设时间阈值，则停止继续寻找下一跳中间节点和数据转发，未接收完数据的下一跳中间节点不再接收数据并删除已接收数据；

步骤4、重复步骤3，直至目标节点成功接收到所述数据；目标节点广播通知仍带有所述数据的中间节点删除所述数据。

2.如权利要求1所述基于位置信息的机会网络数据转发方法，其特征在于，在当前节点向自身的下一跳中间节点进行数据转发的过程中，在出现下一跳中间节点脱离当前节点的通信范围的情况时，先等待一段时间，如在该段等待时间中所述下一跳中间节点回到当前节点的通信范围，则重新进行数据转发，否则，所述下一跳中间节点将已接收到的部分数据删除。

3.如权利要求1所述基于位置信息的机会网络数据转发方法，其特征在于，该方法还包括自适应调整数据转发速度，具体如下：如进行数据转发的节点的数据转发成功次数等于所述节点数阈值，则该节点的下一跳中间节点将所述节点数阈值增大，否则，该节点的下一跳中间节点将所述角度阈值增大和/或将所述速度阈值减小。

4.如权利要求1所述基于位置信息的机会网络数据转发方法，其特征在于，所述节点数阈值为5。