CN105049355A - 一种路由方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种路由方法，该方法包括：确定源节点到目的节点的N条候选路径；N≥1；对每一条候选路径，根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销；从N条候选路径中选择开销最小的路径作为最优路径。本发明能够根据网络状态自适应选择最佳路径，以达到均衡节点能量、延长网络生存时间的目的。本发明还公开了一种路由装置。

Description

一种路由方法和装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及的是一种路由方法和装置。

背景技术

容迟/容断网络(Delay/DisruptionTolerantNetwork，DTN)是一类受限网络的统称，如海底网络、军事战术网络、adhoc网络、传感器网络等。DTN的基本设计目标是，为具有间歇连接、高延时、低数据率、高误码率等特征的异构网络提供网间的互联、互操作，并保证通信的合理性能。

路由方法是DTN研究的一个核心问题。现有DTN路由算法可按节点移动模型和路由策略分类。有些路由算法从节点移动模型入手，通过建立模型研究节点移动性对路由算法的影响，可分为基于主动移动模型的路由算法、基于被动移动模型的路由算法；有些路由算法侧重研究路由选择策略，可分为基于复制策略的路由算法、基于转发策略的路由算法。

转发策略的路由算法中，节点根据特定的优化目标沿最优路径逐跳转发消息。目前算法主要是根据网络拓扑等先验知识的多少来判断链路的连通性。而极限环境下DTN网络链路是间歇连接，经常断开的。在许多受限网络中，端到端的非连接比连接更普遍。间歇连接可归因于许多因素，包括严重的能量波动、网络分区、重大灾难、恶意攻击等。断开可能由网络错误导致，非错误的断开原因主要是节点的移动和系统低占空比。

当DTN网络处于极限环境中时，如深空、海底，部署难度高，部署的环境复杂，使得资源受限的节点置换复杂度高，成本往往极高，因此，如何合理的选取路由协议将有助于节约替换成本，并提高网络通信质量，使得一次投入建立的网络拥有更长的寿命。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种路由方法和装置，能够根据网络状态自适应选择最佳路径，以达到均衡节点能量、延长网络生存时间的目的。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种路由方法，该方法包括：

确定源节点到目的节点的N条候选路径；N≥1；

对每一条候选路径，根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销；

从N条候选路径中选择开销最小的路径作为最优路径。

进一步地，该方法还包括下述特点：

根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销，包括：

路径的开销f为路径的连通性概率值p的倒数、跳数h和路径上剩余能量值最小的节点的剩余能量值E的倒数的加权和；

$f=\mathrm{\α}h+\mathrm{\β}\frac{1}{E}+\mathrm{\γ}\frac{1}{p};$

其中，α、β、γ是加权系数。

进一步地，该方法还包括下述特点：

路径的连通性概率值p为所述路径经过的各链路的连通性概率值的乘积；

p＝p₁·p₂…p_h；

其中，p_i是路径上从源节点到目的节点的对应于路由第i跳的链路的连通性概率值，i大于或等于1且小于或等于h,h为所述路径的跳数。

进一步地，该方法还包括下述特点：

如所述路径的跳数h小于阈值，则γ为0。

进一步地，该方法还包括下述特点：

所述方法还包括：

设置各链路的初始连通性概率值，包括：

根据节点之间相遇的统计结果设置各链路的初始连通性概率值。

进一步地，该方法还包括下述特点：

所述方法还包括：

在链路的两个端点相遇时，对所述链路的连通性概率值进行更新。

进一步地，该方法还包括下述特点：

所述方法还包括：

在链路的两个端点不相遇的时间间隔超过阈值时，对所述链路的连通性概率值进行老化处理。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种路由装置，包括：

候选路径确定模块，用于确定源节点到目的节点的N条候选路径；N≥1；

路径开销计算模块，用于对每一条候选路径，根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销；

最优路径选择模块，用于从N条候选路径中选择开销最小的路径作为最优路径。

进一步地，该装置还包括下述特点：

路径开销计算模块，用于根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销，包括：

路径的开销f为路径的连通性概率值p的倒数、跳数h和路径上剩余能量值最小的节点的剩余能量值E的倒数的加权和；

$f=\mathrm{\α}h+\mathrm{\β}\frac{1}{E}+\mathrm{\γ}\frac{1}{p};$

其中，α、β、γ是加权系数。

进一步地，该装置还包括下述特点：

路径的连通性概率值p为所述路径经过的各链路的连通性概率值的乘积；

p＝p₁·p₂…p_h；

其中，p_i是路径上从源节点到目的节点的对应于路由第i跳的链路的连通性概率值，i大于或等于1且小于或等于h,h为所述路径的跳数。

进一步地，该装置还包括下述特点：

如所述路径的跳数h小于阈值，则γ为0。

进一步地，该装置还包括下述特点：

所述装置还包括：

链路连通性初始化模块，用于设置各链路的初始连通性概率值，包括：

根据节点之间相遇的统计结果设置各链路的初始连通性概率值。

进一步地，该装置还包括下述特点：

所述装置还包括：

概率值更新模块，用于在链路的两个端点相遇时，对所述链路的连通性概率值进行更新。

进一步地，该装置还包括下述特点：

所述装置还包括：

概率值老化模块，用于在链路的两个端点不相遇的时间间隔超过阈值时，对所述链路的连通性概率值进行老化处理。

与现有技术相比，本发明提供的一种路由方法和装置，确定源节点到目的节点的候选路径，根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销，选择开销最小的候选路径作为最优路径。因此，本发明能够根据网络状态自适应选择最佳路径，以达到均衡节点能量、延长网络生存时间的目的。

附图说明

图1为本发明实施例的一种路由方法的流程图。

图2为本发明实施例的一种路由装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

如图1所示，本发明实施例提供了一种路由方法，该方法包括：

S10，确定源节点到目的节点的N条候选路径；N≥1；

S20，对每一条候选路径，根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销；

S30，从N条候选路径中选择开销最小的路径作为最优路径；

所述方法还可以包括下述特点：

进一步地，根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销，包括：

路径的开销f为路径的连通性概率值p的倒数、跳数h和路径上剩余能量值最小的节点的剩余能量值E的倒数的加权和；

$f=\mathrm{\α}h+\mathrm{\β}\frac{1}{E}+\mathrm{\γ}\frac{1}{p};---(1-1);$

其中，f是路径的开销，h是路径的跳数，E是路径上剩余能量值最小的节点的剩余能量值_，p是路径的连通性概率值；α、β、γ是加权系数；

进一步地，路径的连通性概率值为所述路径经过的各链路的连通性概率值的乘积；

p＝p₁·p₂…p_h(1-2)；

其中，p_i是路径上从源节点到目的节点的对应于路由第i跳的链路的连通性概率值；

进一步地，如所述路径的跳数h小于阈值，则γ可以为0。也即，计算路径的开销时可以不考虑路径的连通性。

进一步地，所述方法还包括：

对链路的连通性概率值进行更新，包括：

在所述链路的两个端点相遇时，对所述链路的连通性概率值进行更新；

比如，p_ab'＝p_ab+a(1-p_ab)(1-3)；

其中，p_ab'是更新后的链路连通性概率值，p_ab是更新前的链路连通性概率值，a是比例系数，所述链路为a节点和b节点之间的链路；

其中，两个节点相遇是指：两个节点能够在无线通信范围内进行通信。也即，一个节点进入另一个节点的无线通信范围内。

进一步地，所述方法还包括：

对链路的连通性概率值进行老化处理，包括：

如果所述链路的两个端点不相遇的时间间隔超过阈值，则对链路的连通性概率值进行老化处理；

比如，P_ab＝P_ab×γ^k(1-4)；

其中，p_ab'是老化后的链路连通性概率值，p_ab是老化前的链路连通性概率值，γ是老化常数，k是本次老化处理与上一次老化处理之间的时间间隔参数；

进一步地，所述方法还包括：

设置各链路的初始连通性概率值，包括：

根据节点之间相遇的统计结果设置各链路的初始连通性概率值；

进一步地，根据节点之间相遇的统计结果设置各链路的初始连通性概率值，包括：

根据所述链路的两个端点相遇的频率设置所述链路的初始连通性概率值；

如图2所示，本发明实施例提供了一种路由装置，包括：

候选路径确定模块，用于确定源节点到目的节点的N条候选路径；N≥1；

路径开销计算模块，用于对每一条候选路径，根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销；

最优路径选择模块，用于从N条候选路径中选择开销最小的路径作为最优路径。

所述装置还可以包括下述特点：

进一步地，路径开销计算模块，用于根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销，包括：

路径的开销f为路径的连通性概率值p的倒数、跳数h和路径上剩余能量值最小的节点的剩余能量值E的倒数的加权和；

$f=\mathrm{\α}h+\mathrm{\β}\frac{1}{E}+\mathrm{\γ}\frac{1}{p};$

其中，α、β、γ是加权系数。

进一步地，路径的连通性概率值p为所述路径经过的各链路的连通性概率值的乘积；

p＝p₁·p₂…p_h；

其中，p_i是路径上从源节点到目的节点的对应于路由第i跳的链路的连通性概率值，i大于或等于1且小于或等于h,h为所述路径的跳数。

进一步地，如所述路径的跳数h小于阈值，则γ为0。

进一步地，所述装置还包括：

链路连通性初始化模块，用于设置各链路的初始连通性概率值，包括：

根据节点之间相遇的统计结果设置各链路的初始连通性概率值。

进一步地，所述装置还包括：

概率值更新模块，用于对链路的连通性概率值进行更新。

进一步地，概率值更新模块，用于对链路的连通性概率值进行更新，包括：

在所述链路的两个端点相遇时，对所述链路的连通性概率值进行更新。

进一步地，所述装置还包括：

概率值老化模块，用于对链路的连通性概率值进行老化处理。

进一步地，概率值老化模块，用于对链路的连通性概率值进行老化处理，包括：

如果所述链路的两个端点不相遇的时间间隔超过阈值，则对链路的连通性概率值进行老化处理。

上述实施例提供的一种路由方法和装置，确定源节点到目的节点的候选路径，根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销，选择开销最小的候选路径作为最优路径。因此，本发明能够根据网络状态自适应选择最佳路径，以达到均衡节点能量、延长网络生存时间的目的。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，所述程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

需要说明的是，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种路由方法，该方法包括：

确定源节点到目的节点的N条候选路径；N≥1；

对每一条候选路径，根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销；

从N条候选路径中选择开销最小的路径作为最优路径。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：

根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销，包括：

路径的开销f为路径的连通性概率值p的倒数、跳数h和路径上剩余能量值最小的节点的剩余能量值E的倒数的加权和；

$f=\mathrm{\α}h+\mathrm{\β}\frac{1}{E}+\mathrm{\γ}\frac{1}{p};$

其中，α、β、γ是加权系数。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：

路径的连通性概率值p为所述路径经过的各链路的连通性概率值的乘积；

p＝p₁·p₂…p_h；

其中，p_i是路径上从源节点到目的节点的对应于路由第i跳的链路的连通性概率值，i大于或等于1且小于或等于h,h为所述路径的跳数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

在链路的两个端点相遇时，对所述链路的连通性概率值进行更新。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

在链路的两个端点不相遇的时间间隔超过阈值时，对所述链路的连通性概率值进行老化处理。

6.一种路由装置，包括：

候选路径确定模块，用于确定源节点到目的节点的N条候选路径；N≥1；

路径开销计算模块，用于对每一条候选路径，根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销；

最优路径选择模块，用于从N条候选路径中选择开销最小的路径作为最优路径。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：

路径开销计算模块，用于根据路径的连通性、跳数和路径上节点的剩余能量确定路径的开销，包括：

路径的开销f为路径的连通性概率值p的倒数、跳数h和路径上剩余能量值最小的节点的剩余能量值E的倒数的加权和；

$f=\mathrm{\α}h+\mathrm{\β}\frac{1}{E}+\mathrm{\γ}\frac{1}{p};$

其中，α、β、γ是加权系数。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于：

路径的连通性概率值p为所述路径经过的各链路的连通性概率值的乘积；

p＝p₁·p₂…p_h；

其中，p_i是路径上从源节点到目的节点的对应于路由第i跳的链路的连通性概率值，i大于或等于1且小于或等于h,h为所述路径的跳数。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

概率值更新模块，用于在链路的两个端点相遇时，对所述链路的连通性概率值进行更新。

10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，还包括：

概率值老化模块，用于在链路的两个端点不相遇的时间间隔超过阈值时，对所述链路的连通性概率值进行老化处理。