CN106487671B - 一种面向延迟容忍网络路由的优化控制信息生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的是一种面向延迟容忍网络路由的优化控制信息生成方法。主要包括生成对移动终端(节点)的DTN路由策略的优化控制信息(提高消息转发成功率、降低网络开销、降低网络丢包率)，根据优化控制信息，移动终端中的路由策略通过限制消息的副本数进行路由策略的调整。DTN路由策略根据优化控制信息的不同类型，来实现限制不同情况下的消息副本数。本发明根据评估的全局网络状态生成对DTN路由的优化控制信息，根据优化控制信息，移动终端中的路由策略通过限制消息的副本数进行路由策略的调整。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种路由的优化控制信息生成方法，特别是一种面向延迟容忍网络(DTN)路由的优化控制信息生成方法。
背景技术
由于DTN网络间歇性连接、链路不稳定性等特点，因此难以获得整个网络的确定性网络状态反馈。但是，全局网络状态可以使得DTN路由策略进行消息中继或交付时做到全局最优或较优。在资源受限(资源不足、资源分布不均衡)的网络环境下，如何利用网络现有资源对全局网络状态进行评估，从而对DTN路由进行更加有效地控制是为提高网络性能亟需解决的重要问题。
优化控制技术是通过相关算法实现相应的优化，使得相关算法能够在尽可能少的人为干预下智能化地实现对目标的自动控制。在优化控制技术方面，已有大量相关研究。李一喆等人在文献《异构网络智能化控制与优化的关键技术研究》中，针对移动通信网络覆盖范围、资源优先级等异构化问题，利用启发式算法实现了异构网络资源分配及网络参数的控制与优化技术。
目前已有的优化控制技术，主要是针对网络资源分配等方面，而在网络的路由优化控制相对较少。在文献《一种优化的机会网络高效路由算法仿真分析》中，黎峰等人为解决由机会网络拓扑时变性带来的最优路径较难选择的问题，提出了一种优化的机会网络高效路由算法。该路由算法主要是利用粒子协同识别方法，计算出机会网络中的最优移动节点方向。在文献《机会网络中高效可靠混合路由优化算法》中，张礼莉等人提出了一种机会网络中高效可靠混合路由优化算法，其利用TTL值自适应调整机制以及跨层感知机制解决机会网络混合式路由算法CAR的网络控制开销较大、消息转发成功率较低等问题。杨萌萌在文献《基于遗传禁忌优化的WSN路由控制策略的设计与实现》中，提出一种无线传感器网络路由控制策略，利用优化的遗传算法跳出局部最优。
目前，针对网络优化控制机制的研究相对较少，尤其是针对DTN网络中路由优化控制机制的相关研究更为少见。但是，DTN网络的间歇性连接、链路时断时续、拓扑时变性等网络特性使得路由策略选择中继节点时具有很大的局限性。路由策略仅仅能够根据局部网络资源进行中继节点选择，只能做到中继节点选择的局部最优，而无法使得全局网络性能最优或者次优。在资源受限(资源不足、资源分布不均衡)的DTN网络中，这种局限性问题愈发明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种移动终端中的路由策略通过限制消息的副本数进行路由策略调整的面向延迟容忍网络路由的优化控制信息生成方法。
本发明的目的是这样实现的：
(1)移动终端通过机会链路在时刻t以时间间隔t2(时间t2是事先设定的值)为周期，向控制中心发送该移动终端时刻t-t2至时刻t的消息交付情况mdSituation；
(2)控制中心在时刻t’根据时刻t’-t1(时间t1是事先设定的值)至时刻t’接收到的消息交付情况，评估不确定性的全局网络状态NS，所述全局网络状态NS包括：消息转发成功率mDelivery、网络开销mOverhead和网络丢包率mDrop；如果控制中心在t1时间间隔内未接收到移动终端发送的新的消息交付情况，则向移动终端发送自行控制命令；否则执行(3)；
(3)判断全局网络状态NS中消息转发成功率mDelivery是否大于事先设定的阈值α1，如果是，则执行(4)；否则，调度决策集P中的提高消息转发成功率pDelivery决策，执行(6)；
(4)判断全局网络状态NS中网络开销mOverhead是否小于事先设定的阈值α2，如果是，则执行(5)；否则，调度决策集P中的降低网络开销pOverhead决策，执行(7)；
(5)判断全局网络状态NS中网络平丢包率mDrop是否小于事先设定的阈值α3，如果是，则发送自行控制，并结束；否则，调度决策集P中的降低网络延迟pDelay决策，执行(8)；
(6)利用公式对路由策略进行副本限制，并结束；
(7)利用公式对路由策略进行副本限制，并结束；
(8)利用公式对路由策略进行副本限制，并结束。
本发明还可以包括：
1、0<α1<1。
2、α2>0。
3、α3>0。
本发明提出了一种针对DTN路由策略的优化控制信息生成方法OCIGM(OptimizedControl Information Generating Method for DTN Routing)。OCIGM优化控制信息生成方法主要作用是生成对移动终端(节点)的DTN路由策略的优化控制信息(提高消息转发成功率、降低网络开销、降低网络丢包率)。根据优化控制信息，移动终端中的路由策略通过限制消息的副本数进行路由策略的调整。DTN路由策略根据优化控制信息的不同类型，来实现限制不同情况下的消息副本数。
本发明具有的有益效果：OCIGM优化控制信息生成方法根据评估的全局网络状态生成对DTN路由的优化控制信息，根据优化控制信息，移动终端中的路由策略通过限制消息的副本数进行路由策略的调整。
附图说明
图1一种网络拓扑结构及弱反馈示例图。
图2一种面向DTN路由的优化控制信息生成方法功能图。
图3一种面向DTN路由的优化控制信息生成方法流程图。
具体实施方式
本发明提出了一种针对DTN路由策略的优化控制信息生成方法(OCIGM)。
OCIGM优化控制信息生成方法的作用：
OCIGM优化控制信息生成方法主要作用是生成对移动终端(节点)的DTN路由策略的优化控制信息(提高消息转发成功率、降低网络开销、降低网络丢包率)。根据优化控制信息，移动终端中的路由策略通过限制消息的副本数进行路由策略的调整。DTN路由策略根据优化控制信息的不同类型，限制消息副本数的情况具体分为以下三种：
假设，在接收到该次优化控制信息之前消息的副本数是nrofCopies，评估不确定性的全局网络状态NS是{消息转发成功率mDelivery，网络开销mOverhead，网络丢包率mDrop}。
情况一：优化控制信息是提高消息转发成功率
消息转发成功率是成功交付的消息数与网络中产生的消息数的比值，因此，当移动终端接收到的优化控制信息是提高消息转发成功率时，可以通过一定程度上增大消息副本数来提高消息交付成功的概率，利用公式(1)进行副本数的控制:
公式(1)中，α1是事先设定的阈值，且全局网络状态NS中消息转发成功率mDelivery<α1<1。
情况二：优化控制信息是降低网络开销
网络开销＝(中继消息总数-成功交付消息总数)/成功交付消息总数，当降低网络中消息的副本数时，网络中中继消息总数会随之下降，虽然成功交付消息总数也会随之下降，但是，中继消息总数下降的幅度较大。因此，当移动终端接收到的优化控制信息是降低网络开销时，可以通过一定程度上降低消息副本数来降低网络开销，利用公式(2)进行副本数的控制:
公式(2)中，α2是事先设定的阈值，且全局网络状态NS中网络开销mOverhead>α2。
情况三：优化控制信息是降低网络丢包率
网络丢包率是网络中丢弃消息总数与网络中产生消息数的比值。网络中各个节点丢弃消息的主要原因是节点的缓存有限、可存储携带的消息数有限。因此，
当节点收到的优化控制信息是降低网络丢包率时，可以通过降低消息副本数一定程度上降低网络丢包率，利用公式(3)进行副本数的控制。
公式(3)中，α3是事先设定的阈值，且全局网络状态NS中网络丢包率mDrop>α3。
OCIGM优化控制信息生成方法的主要思想：
DTN路由的优化控制信息生成方法OCIGM充分利用混合拓扑(集中式拓扑、分布式拓扑；直接链路、机会链路)下的弱反馈性质，所谓弱反馈是指移动节点可以通过弱连接(直接链路和机会链路组成的混合链路)的方式将消息交付情况发送至控制中心，控制中心却无法和网络中所有节点直接取得联系，更无从获知所有移动节点的当前状态，如分布情况、资源状况等。在这种情况下，控制中心可以根据消息交付情况来评估全局网络状态，从而产生相应的优化控制信息。然后通过单向链路(如卫星链路)向网络中各个移动节点发送优化控制信息，受到移动节点自身发送功率的限制，上行卫星链路对其并不适用。网络中各个移动终端通过OCIGM产生的优化控制信息避免移动终端为最大化自身交付性能而选择恶化网络性能的策略，最终达到网络效用近似最大化的目标。OCIGM优化控制信息生成方法网络拓扑结构及弱反馈示例图如图1所示，功能框图如图2所示。
网络拓扑结构主要包括控制中心、卫星、移动终端。
控制中心主要功能是根据移动终端通过机会链路发送来的消息交付情况mdSituation{消息成功交付数、消息交付开销、丢弃消息数}，并每隔时间t1(时间t1是事先设定的值)评估不确定性的全局网络状态NS{消息转发成功率mDelivery，网络开销mOverhead，网络丢包率mDrop}，然后根据不确定性的全部网络状态生成优化控制信息{提高消息转发成功率、降低网络开销、降低网络丢包率}，并将其交付至卫星，利用卫星的直接链路将优化控制信息发送至各个移动终端。
卫星主要功能是提供控制中心和移动终端之间的直接链路，将控制中心的消息发送至各个移动终端，但是由于移动终端自身发送功率的限制，移动终端不能向卫星发送消息。卫星接收控制中心的优化控制信息，以直接链路传送至各个移动终端。
移动终端首先通过机会链路以时间t2为周期(时间t2是事先设定的值)定期向控制中心发送该移动终端在t2周期(时间t2是事先设定的值)内的消息交付情况mdSituation{消息成功交付数、消息交付开销、丢弃消息数}，并接收卫星传输的优化控制信息。移动终端根据优化控制信息以优化全局网络效用(Global Utility)为目标进行路由策略的调整。
其中全局网络效用被定义为(mDelivery/α1)/(mOverhead/α2+mDrop/α3)。
注意：OCIGM优化控制信息生成方法设置每隔时间t1时间进行全局网络状态的评估，并设置每隔t2时间移动终端定期发送该移动终端的消息交付情况。这样设置的原因是：因面向的网络环境是具有弱反馈及资源受限的特性，因此提出的OCIGM优化控制信息生成方法是分布式的，为节约资源且评估的准确度，故设定评估周期t1及移动终端的发送周期t2。
OCIGM优化控制信息生成方法流程：
OCIGM优化控制信息生成方法根据控制中心所接收的全局网络状态NS：{消息转发成功率mDelivery，网络开销mOverhead，网络丢包率mDrop}，以优化全局网络效用为目标独立地做出对DTN路由优化控制的决策，决策集P：{提高消息转发成功率pDelivery，降低网络开销pOverhead，降低网络丢包率pDrop}。
在受限的DTN网络中，利用节点的移动能够将消息成功交付至目的节点是重中之重，因此OCIGM优化控制信息生成方法首先是观察全局网络状态NS中消息转发成功率mDelivery；其次，观察全局网络状态NS中网络开销mOverhead、全局网络状态NS中网络平丢包率mDrop。
OCIGM优化控制信息生成方法流程如下，其中图3是OCIGM优化控制信息生成方法流程图。
(1)移动终端通过机会链路在时刻t以时间间隔t2为周期(时间t2是事先设定的值)向控制中心发送该移动终端时刻t-t2至时刻t的消息交付情况mdSituation；
(2)控制中心在时刻t’根据时刻t’-t1至时刻t’接收到的消息交付情况，评估不确定性的全局网络状态NS，{消息转发成功率mDelivery，网络开销mOverhead，网络丢包率mDrop}；如果控制中心在t1时间间隔内未接收到移动终端发送的新的消息交付情况，则向移动终端发送自行控制命令；否则执行(3)；
(3)判断全局网络状态NS中消息转发成功率mDelivery是否大α1(0<α1<1，α1是事先设定的阈值)，如果是，则执行(4)；否则，调度决策集P中的提高消息转发成功率pDelivery决策，执行(6)；
(4)判断全局网络状态NS中网络开销mOverhead是否小于α2(α2>0，α2是事先设定的阈值)，如果是，则执行(5)；否则，调度决策集P中的降低网络开销pOverhead决策，执行(7)；
(5)判断全局网络状态NS中网络平丢包率mDrop是否小于α3(α3>0，α3是事先设定的阈值)，如果是，则发送自行控制，并结束；否则，调度决策集P中的降低网络延迟pDelay决策，执行(8)；
(6)利用公式(1)对路由策略进行副本限制，并结束；
(7)利用公式(2)对路由策略进行副本限制，并结束；
(8)利用公式(3)对路由策略进行副本限制，并结束。
Claims (4)
1.一种面向延迟容忍网络路由的优化控制信息生成方法，其特征是：
(1)移动终端通过机会链路在时刻t以时间间隔t2为周期，向控制中心发送该移动终端时刻t-t2至时刻t的消息交付情况mdSituation，时间t2是事先设定的值；
(2)控制中心在时刻t’根据时刻t’-t1至时刻t’接收到的消息交付情况，评估不确定性的全局网络状态NS，所述全局网络状态NS包括：消息转发成功率mDelivery、网络开销mOverhead和网络丢包率mDrop；如果控制中心在t1时间间隔内未接收到移动终端发送的新的消息交付情况，则向移动终端发送自行控制命令；否则执行(3)，时间t1是事先设定的值；
(3)判断全局网络状态NS中消息转发成功率mDelivery是否大于事先设定的阈值α1，如果是，则执行(4)；否则，调度决策集P中的提高消息转发成功率pDelivery决策，执行(6)；
(4)判断全局网络状态NS中网络开销mOverhead是否小于事先设定的阈值α2，如果是，则执行(5)；否则，调度决策集P中的降低网络开销pOverhead决策，执行(7)；
(5)判断全局网络状态NS中网络平丢包率mDrop是否小于事先设定的阈值α3，如果是，则发送自行控制，并结束；否则，调度决策集P中的降低网络延迟pDelay决策，执行(8)；
(6)利用公式对路由策略进行副本限制，并结束，nrofCopies为接收到该次优化控制信息之前消息的副本数；
(7)利用公式对路由策略进行副本限制，并结束；
(8)利用公式对路由策略进行副本限制，并结束。
2.根据权利要求1所述的面向延迟容忍网络路由的优化控制信息生成方法，其特征是：0<α1<1。
3.根据权利要求2所述的面向延迟容忍网络路由的优化控制信息生成方法，其特征是：α2>0。
4.根据权利要求3所述的面向延迟容忍网络路由的优化控制信息生成方法，其特征是：α3>0。
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