CN105407048A - 一种面向epidemic和probabilistic混合路由的延迟容忍网络节点缓存管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于延迟容忍网络(DTN)领域，具体涉及一种面向epidemic和probabilistic混合路由的延迟容忍网络节点缓存管理方法。本发明包括：首先判断网络中的节点是否有消息需要发送；如果有，执行步骤(2)；否则，执行步骤(8)；遍历有消息发送的节点的邻居节点；如果邻居节点的个数L等于1，执行(4)；否则，执行(5)等。本发明综合epidemic路由方法和probabilistic路由方法的特点，在有效的控制了网络中同一个消息的副本数，同时和probabilistic路由方法相比又减小了消息到目的节点的时延。

Description

一种面向epidemic和probabilistic混合路由的延迟容忍网络节点缓存管理方法

技术领域

本发明属于延迟容忍网络(DTN)领域，具体涉及一种面面向epidemic和probabilistic混合路由的延迟容忍网络节点缓存管理方法。

背景技术

DTN是一种面向移动与极端网络环境的特殊无线自组织网络，主要应用于星际网络、乡村网络、战地网络等。DTN具有链路间断连接特性，并且消息在传递过程中会经历长时间或者不确定的时延。DTN中通常不存在端到端的连接，从而使得面向连接的端到端传输协议不适用于此种网络。由于DTN具有高延迟性、间断连接性、拓扑易变性、节点资源有限等特点。为了克服这些网络限制，能够保证消息传输的到达率，DTN采用“存储-携带-转发”这种方式对消息进行传输。然而DTN具有高延迟性、间断连接性、拓扑易变性、节点资源有限等特点，这就导致了托管节点有可能需要长时间保存接收到的消息，来应对可能出现的网络延迟和中断，直到收到下一跳托管节点的确认信息或者消息被成功传递至目的节点。如果托管节点不能及时转发其收到的消息，网络又有大量的消息需要及时转发，那么网络就会最终耗尽托管节点的存储资源。因此，高效的路由方法和缓存管理策略显得尤为重要。

epidemic路由方法和probabilistic路由方法是DTN网络中最重要的路由算法之一，许多路由算法都可以视为是在此算法基础上的一种改进。其中，epidemic路由方法主要思想是：网络中当2个节点相遇时交换对方没有的消息，经过足够多的消息交换后，理论上每个非孤立的节点都将收到所有的消息，从而实现消息的传输。probabilistic路由方法主要思想是：节点H(m)有消息要转发给目的节点D，当节点H(m)与H(n)相遇时，通过比较节点H(m)和节点H(n)到目的节点D的概率的大小，如果H(m)到目的节点D的概率大于H(n)到目的节点D的概率，则节点H(m)将要转发的消息复制给H(n)，否则不进行复制转发。由于采用epidemic路由方法在网络中存在着大量的相同副本，采用probabilistic路由方法容易增加消息到目的节点的时延。本发明提出了一种基于epidemic和probabilistic混合路由。该路由和epidemic方法相比有效的控制了网络中同一个消息的副本数，同时和probabilistic路由方法相比又减小了消息到目的节点的时延。

DTN中缓存管理策略，主要目标为利用最优化理论，选择合适的消息进行丢弃，使得机会网络的某一项网络性能指标达到最优。目前有关DTN缓存管理策略主要包括:(1)DROPFRONT：优先丢弃缓存空间中排队时间最长的报文；(2)DROPLAST：优先丢弃缓存空间中最新接收到的报文；(3)DROPOLDST：优先丢弃缓存空间中剩余生命周期(TTL)最短的报文；(4)DROPYOUNGEST：优先丢弃缓存空间中剩余生命期最长的报文；(5)N-DROP：首先丢弃转发次数(跳数)大于等于阈值的报文，如果仍不能满足新报文的存储需求，则再逐一丢弃转发次数最大的报文，直至缓存足以存储新的报文。以上几种方法并没有考虑节点中消息到目的节点的概率，因此容易删除节点中到目的节点概率较大的消息。

针对以上分析，本发明主要目的是提出一种面向epidemic和probabilistic混合路由的延迟容忍网络节点缓存管理策略。该方法的主要思想是：综合epidemic路由方法和probabilistic路由方法的特点，设计了一种epidemic和probabilistic混合路由方法。在此基础上，将网络中节点缓存划分成E缓存和P缓存。其中，E缓存接收采用epidemic路由方法转发的消息；P缓存接收采用probabilistic路由方法转发的消息。当P缓存的剩余空间小于probabilistic路由方法将要转发的消息的大小时，通过借用E缓存的空间来接收消息，若E缓存也没有足够的空间时，则通过删除在E缓存中到目的节点概率最小的消息来释放缓存空间，直到有足够缓存空间接收消息。

本发明的主要优点：(1)综合epidemic路由方法和probabilistic路由方法的特点，设计了一种epidemic和probabilistic混合路由方法。和epidemic方法相比该算法在有效的控制了网络中同一个消息的副本数，同时和probabilistic路由方法相比又减小了消息到目的节点的时延。(2)通过将网络中节点缓存划分成E缓存和P缓存。使得E缓存接收采用epidemic路由方法转发的消息；P缓存接收采用probabilistic路由方法转发的消息。当P缓存的剩余空间小于probabilistic路由方法将要转发的消息的大小时，通过借用E缓存的空间来接收消息，若E缓存没有足够的空间时，则通过删除E缓存中到目的节点概率最小的消息来释放缓存空间，直到有足够缓存空间接收消息。从而可以有效的保留到目的节点概率较大的消息，从而提高消息的转发成功率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种面向epidemic和probabilistic混合路由的延迟容忍网络节点缓存管理方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)：首先判断网络中的节点是否有消息需要发送；如果有，执行步骤(2)；否则，执行步骤八；

(2)：遍历有消息发送的节点的邻居节点；

(3)：如果邻居节点的个数L等于1，执行(4)；否则，执行(5)

(4)：采用epidemic路由方法转发消息；

(5)：判断这些邻居节点中是否存在到达目的节点的概率大于0.6的节点；如果有，则执行(6)；否则，执行(7)；

(6)：采用probabilistic路由方法转发消息；

(7):采用epidemic路由将消息转发给个缓存占用率最低的节点，其中占用率指得是已使用的缓存空间大小和整个节点的缓存空间大小的比值；

(7.1)：将节点缓存划分为E缓存和P缓存，并设置E缓存系数为α，P缓存系数为β，其中，E缓存系数α指E缓存空间大小占整个节点缓存的比例，P缓存系数β指P缓存空间大小占整个节点缓存的比例，且ɑ+β＝1，α<β；E缓存接收采用epidemic路由方法转发的消息；P缓存接收采用probabilistic路由方法转发的消息；

(7.2)：节点根据缓存系数设置E缓存和P缓存的大小；

(7.3)：根据E缓存和P缓存大小分配E缓存和P缓存牌数，其中1M空间的大小分配一个令牌，消息所需的令牌数为s；

(7.4)：判断网络中节点是否有消息需要接收；如果有，则执行(7.5)；否则，执行步骤(7.11)；

(7.5)：根据probabilistic路由中所统计的节点相遇概率信息，判断本地节点到目的节点的概率是否大于0.6；如果是，执行(7.6)；否则，执行步骤(7.8)；

(7.6)：判断P缓存的令牌数是否大于消息所需令牌数s；如果是，则执行步骤(7.7)；否则执行(7.8)；

(7.7):节点将消息存在P缓存中，并减掉s个P缓存令牌；

(7.8)：判断E缓存的令牌数是否大于消息所需令牌数s；如果是，执行(7.10)；否则，执行(7.9)；

(7.9)：删除E缓存中到目的节点概率最小的消息来增加令牌数直到E缓存的令牌数大于s；

(7.10)：节点将消息存放在E缓存中，并减掉s个E缓存令牌。

本发明的有益效果在于：(1)综合epidemic路由方法和probabilistic路由方法的特点，设计了一种epidemic和probabilistic混合路由方法。和epidemic方法相比该算法在有效的控制了网络中同一个消息的副本数，同时和probabilistic路由方法相比又减小了消息到目的节点的时延。(2)通过将网络中节点缓存划分成E缓存和P缓存。使得E缓存接收采用epidemic路由方法转发的消息；P缓存接收采用probabilistic路由方法转发的消息。当P缓存的剩余空间小于probabilistic路由方法将要转发的消息的大小时，通过借用E缓存的空间来接收消息，若E缓存没有足够的空间时，则通过删除E缓存中到目的节点概率最小的消息来释放缓存空间，直到有足够缓存空间接收消息。从而可以有效的保留到目的节点概率较大的消息，从而提高消息的转发成功率。

附图说明

图1主要涉及一种面向epidemic和probabilistic混合路由的延迟容忍网络节点缓存管理策略任意节点的混合路由流程图；

图2主要涉及一种面向epidemic和probabilistic混合路由的延迟容忍网络节点缓存管理策略任意节点的缓存管理流程图；

图3主要涉及一种面向epidemic和probabilistic混合路由的延迟容忍网络节点缓存管理策略任意节点的混合路由的实例图；

图4主要涉及一种面向epidemic和probabilistic混合路由的延迟容忍网络节点缓存管理策略任意节点的缓存实例图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

该方法的主要思想是：综合epidemic路由方法和probabilistic路由方法的特点，设计了一种epidemic和probabilistic混合路由方法。在此基础上，将网络中节点缓存划分成E缓存和P缓存。其中，E缓存接收采用epidemic路由方法转发的消息；P缓存接收采用probabilistic路由方法转发的消息。当P缓存的剩余空间小于probabilistic路由方法将要转发的消息的大小时，通过借用E缓存的空间来接收消息，若E缓存也没有足够的空间时，则通过删除在E缓存中到目的节点概率最小的消息来释放缓存空间，直到有足够缓存空间接收消息。

本发明中epidemic和probabilistic混合路由是这样实现的：

步骤一：首先判断网络中的节点是否有消息需要发送。如果有，执行步骤二；否则，执行步骤八。

步骤二：遍历有消息发送的节点的邻居节点。

步骤三：如果邻居节点的个数L等于1，执行步骤四；否则，执行步骤五

步骤四：采用epidemic路由方法转发消息。

步骤五：判断这些邻居节点中是否存在到达目的节点的概率大于0.6的节点。如果有，则执行步骤六；否则，执行步骤七。

步骤六：采用probabilistic路由方法转发消息。

步骤七:采用epidemic路由将消息转发给个缓存占用率最低的节点，其中占用率指得是已使用的缓存空间大小和整个节点的缓存空间大小的比值

步骤八：结束。

本发明中节点缓存管理方法是这样实现的：

步骤一：将节点缓存划分为E缓存和P缓存，并设置E缓存系数为α，P缓存系数为β，其中，E缓存系数α指E缓存空间大小占整个节点缓存的比例，P缓存系数β指P缓存空间大小占整个节点缓存的比例，且ɑ+β＝1，α<β。E缓存接收采用epidemic路由方法转发的消息；P缓存接收采用probabilistic路由方法转发的消息。

步骤二：节点根据缓存系数设置E缓存和P缓存的大小。

步骤三：根据E缓存和P缓存大小分配E缓存和P缓存牌数，其中1M空间的大小分配一个令牌(节点缓存空间的大小和消息的大小都是1M整数倍)，消息所需的令牌数为s。

步骤四：判断网络中节点是否有消息需要接收。如果有，则执行步骤五；否则，执行步骤十一。

步骤五：根据probabilistic路由中所统计的节点相遇概率信息，判断本地节点到目的节点的概率是否大于0.6。如果是，执行步骤六；否则，执行步骤八。

步骤六：判断P缓存的令牌数是否大于消息所需令牌数s。如果是，则执行步骤七；否则执行步骤八。

步骤七:节点将消息存在P缓存中，并减掉s个P缓存令牌。

步骤八：判断E缓存的令牌数是否大于消息所需令牌数s。如果是，执行步骤十；否则，执行步骤九。

步骤九：删除E缓存中到目的节点概率最小的消息来增加令牌数直到E缓存的令牌数大于s。

步骤十：节点将消息存放在E缓存中，并减掉s个E缓存令牌。

步骤十一：结束。

图3所示为任意节点的epidemic和probabilistic混合路由方法的实例图，假设网络中有12个节点，编号为1-12号，首先判断网络中的节点是否有消息需要发送，假设1号节点有消息MESSAGE1需要发送给6号节点。则1号节点遍历其所有邻居节点，在本例中2、3、4、5为1号节点的邻居节点。判断2、3、4、5到达目的节点的概率是否大于0.6。假设2号节点到6号节点的概率大于0.6，则采用probabilistic路由方法转发消息，如果没有到6号节点的概率大于0.6的节点，则采用epidemic路由方法将消息MESSAGE1转发给2个缓存占用率最低的节点。在本实例中，7号节点有消息MESSAGE2要发送给12号节点，由于7号节点的邻居节点8、9、10、11到目的节点12的概率都小于0.6，所以采用epidemic路由方法将消息MESSAGE2转发给2个缓存占用率最低的节点。本实例中假设8号和11号节点缓存占用率最低。

图4所示为epidemic和probabilistic混合路由的延迟容忍网络节点缓存管理策略任意节点的缓存实例图，假设节点的缓存大小为200M，首先将节点缓存划分为E缓存和P缓存，并设置E缓存系数为α，P缓存系数为β，其中，E缓存系数α指E缓存空间大小占整个节点缓存的比例，P缓存系数β指P缓存空间大小占整个节点缓存的比例，ɑ+β＝1，α<β。在本例中，E缓存系数为α＝0.4，P缓存系数为β＝0.6。然后，节点根据缓存系数设置E缓存和P缓存的大小，在本例中，P缓存的大小为120M，E缓存的大小为80M。根据E缓存和P缓存大小分配E缓存和P缓存配令牌数，其中1M空间的大小分配一个令牌(节点缓存空间的大小和消息的大小都是1M整数倍)，在本例中分配给E缓存的令牌数为80和P缓存的令牌数为120。然后判断节点是否有消息需要接收。如果有，判断本地节点到目的节点的概率是否大于发送节点。如果是，判断P缓存的令牌数是否大于消息所需的令牌数s。在本例中假设此时P缓存的令牌数为50，消息的大小s为10，则节点将消息存在P缓存中，并减掉s个P缓存令牌，此时节点P缓存的令牌数为40。如果此时P缓存的令牌数为5，消息的大小s为10，则判断E缓存的令牌数是否大于消息需要的令牌数s。假设此时E缓存的令牌数为30，则节点将消息存放在E缓存中，并减掉s个E缓存令牌，此时节点E缓存的令牌为20。如果此时E缓存的令牌数也小于s，删除E缓存中到目的节点概率最小的消息来增加令牌数直到E缓存的令牌数大于s。

本发明的主要优点：(1)综合epidemic路由方法和probabilistic路由方法的特点，设计了一种epidemic和probabilistic混合路由方法。和epidemic方法相比该算法在有效的控制了网络中同一个消息的副本数，同时和probabilistic路由方法相比又减小了消息到目的节点的时延。(2)通过将网络中节点缓存划分成E缓存和P缓存。使得E缓存接收采用epidemic路由方法转发的消息；P缓存接收采用probabilistic路由方法转发的消息。当P缓存的剩余空间小于probabilistic路由方法将要转发的消息的大小时，通过借用E缓存的空间来接收消息，若E缓存没有足够的空间时，则通过删除E缓存中到目的节点概率最小的消息来释放缓存空间，直到有足够缓存空间接收消息。从而可以有效的保留到目的节点概率较大的消息，从而提高消息的转发成功率。

Claims (1)

1.一种面向epidemic和probabilistic混合路由的延迟容忍网络节点缓存管理方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)：首先判断网络中的节点是否有消息需要发送；如果有，执行步骤(2)；否则，执行步骤(8)；

(2)：遍历有消息发送的节点的邻居节点；

(3)：如果邻居节点的个数L等于1，执行(4)；否则，执行(5)

(4)：采用epidemic路由方法转发消息；

(5)：判断这些邻居节点中是否存在到达目的节点的概率大于0.6的节点；如果有，则执行(6)；否则，执行(7)；

(6)：采用probabilistic路由方法转发消息；

(7):采用epidemic路由将消息转发给个缓存占用率最低的节点，其中占用率指得是已使用的缓存空间大小和整个节点的缓存空间大小的比值；

(7.1)：将节点缓存划分为E缓存和P缓存，并设置E缓存系数为α，P缓存系数为β，其中，E缓存系数α指E缓存空间大小占整个节点缓存的比例，P缓存系数β指P缓存空间大小占整个节点缓存的比例，且ɑ+β＝1，α<β；E缓存接收采用epidemic路由方法转发的消息；P缓存接收采用probabilistic路由方法转发的消息；

(7.2)：节点根据缓存系数设置E缓存和P缓存的大小；

(7.3)：根据E缓存和P缓存大小分配E缓存和P缓存牌数，其中1M空间的大小分配一个令牌，消息所需的令牌数为s；

(7.4)：判断网络中节点是否有消息需要接收；如果有，则执行(7.5)；否则，执行步骤(7.11)；

(7.5)：根据probabilistic路由中所统计的节点相遇概率信息，判断本地节点到目的节点的概率是否大于0.6；如果是，执行(7.6)；否则，执行步骤(7.8)；

(7.6)：判断P缓存的令牌数是否大于消息所需令牌数s；如果是，则执行步骤(7.7)；否则执行(7.8)；

(7.7):节点将消息存在P缓存中，并减掉s个P缓存令牌；

(7.8)：判断E缓存的令牌数是否大于消息所需令牌数s；如果是，执行(7.10)；否则，执行(7.9)；

(7.9)：删除E缓存中到目的节点概率最小的消息来增加令牌数直到E缓存的令牌数大于s；

(7.10)：节点将消息存放在E缓存中，并减掉s个E缓存令牌。