CN108541036A - 一种基于社会效用度机制的机会网络路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于社会效用度机制的机会网络路由方法，涉及网络路由技术领域；针对网络中节点移动表现出来的社会性提出了基于社会效用度的机会网络路由方法。在相遇时间间隔效用复制阶段，源节点根据其与候选节点的相遇历史信息的效用度，将消息复制给最佳候选节点。在生存时间复制阶段，节点根据消息剩余的生存时间将消息复制给候选节点。在社会排名复制阶段，节点根据效用度排名进行复制。该方案考虑了节点之间的相遇时间间隔效用度，选取具有更好投递潜力的节点转发消息，从而提高路由的投递性能。另外，根据节点的社会排名效用度，动态分配消息副本数，使得效用度高的节点承担较多的转发任务，以此来平衡网络开销。

Description

一种基于社会效用度机制的机会网络路由方法

技术领域

本发明涉及网络路由技术领域，具体涉及一种基于社会效用度机制的机会网络路由方法。

背景技术

机会网络/容忍时延网络(DTN，Delay-Tolerant Networking)是一种最近兴起的网络体系，也被称为时延网络、受限网络、容断网络和机会网络。机会网络的源节点与目的节点之间没有提前设计好的路径存在，它是通过节点的无规律移动与节点间的碰撞带来的相遇机会来将信息进行传播的，是时延和分裂的容忍性自组织网络。容忍时延网络具有自己独特的路由模式来实现通信，采用的是“存储-携带-转发”的传播方式。因为容忍时延网络能够处理程度时延甚至是中断这些已有无线网络难以解决的问题，能够满足条件恶劣环境下的信息传输，所以其主要应用于基础通信设施缺乏，通信环境恶劣以及某些突发场合中。

基于转发策略的路由算法：直接传输算法(Direct Delivery，DD)，该算法原理可以叙述为消息在网络中传输时，节点并不对消息数据分组进行复制，源节点仅在遇到目标节点时将才消息发送出去。DD算法的投递率较低，传输时延大。基于泛洪复制策略的路由算法：Epidemic算法也被称为传染式算法，顾名思义，其实质就是网络中消息数据分组在传输的过程中，每个节点都会把消息复制一份传送给与自己相遇到的所有节点。Epidemic算法大量复制消息造成高的路由开销。基于副本复制受限策略的路由算法：Spray And Wait路由算法，消息传输分为两个阶段。在Spray阶段，假设网络中的源节点A包含n个消息副本(n≤L)，当A遇到新的中继节点B时，将n/2个数据分组转发给B，自己剩余n/2数据分组。若n为奇数，则A将消息副本数的(n+1)/2传输给B，自身剩余消息副本数量的(n-1)/2。源节点和中继节点不断进行Spray阶段，最终全部发送节点都只拥有一个消息数组为止；然后进入Wait阶段，携带消息的源节点只有在遇到目的节点时，才将消息交付出去。Spray And Wait算法满目选择消息的下一跳，造成较大的传输时延。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于社会效用度机制的机会网络路由方法。

一种基于社会效用度机制的机会网络路由方法，其特征在于包括效用度更新过程和节点社会排名过程，效用度更新过程具体为网络中节点i和节点j相遇，节点i是消息的携带者，节点d是消息转发的目标节点；包含以下步骤：

步骤一：更新节点i和目的节点d的社会效用度U_i,d以及节点j和目的节点d的社会效用U_j,d度；首先给出消息M的一个附加符号T_M，初始化为：

步骤二：当消息生成后，如果N_i之前没有遇到N_d，T_M就被初始化为+∞；如果N_i遇到过N_d，T_M就被初始化为U_i,d；

步骤三：当候选节点N_j包含关于N_j与目的节点N_d的效用度U_j,d时，当N_j有更大的可能遇到N_d时，使用条件(U_i,d<U_j,d)进行消息复制；

步骤四：如果N_j已经有了消息M，由N_i和N_j同时携带的消息的T_M值就会被更新为N_i和N_j中较小的值，此时节点i不会将消息发送给节点j；

步骤五：当N_j不满足条件T_M＞U_j,d时，此时根据条件进行消息复制，将消息中继给N_j使得N_j有机会遇到符合条件(U_i,d<U_j,d)的其他节点；

步骤六：当N_j不满足条件T_M＞U_j,d时，选用来衡量生存时间复制节点转发的紧急度，当紧急度时，进行洪泛转发提高投递可能性；

步骤七：如果当时，消息有可能在生存时间内投递到目的节点，投递愿望并不强烈，因此，继续根据效用度来进行复制；

步骤八：如果候选节点N_j从未与目的节点相遇；则对节点进行排名，节点会将消息副本有条件的转发给合适的节点；

步骤九：如果消息副本已成功传送，则须在网络中删除此消息的其他副本，给未被传递的消息释放缓存空间；

步骤十：采用动态发送消息副本数的方法来避免消息大量冗余；

公式(2)中，m_t代表N_i中消息M副本的数量，R_eg(N_i)代表消息携带节点效用度N_i的社会排名。

本发明的有益效果在于：本发明针对节点之间存在社会关系的社会网络的应用场景，充分考虑网络中节点社会性，设计一种高效、可靠的基于相遇时间间隔的路由算法。该路由算法以时变网络模型为依据，通过利用节点之间的相遇时间间隔效用度来准确预测节点之间的相遇机会来优化消息转发决策，并适当限制了消息副本的转发数量，从而能够有效提高数据传输效率和网络性能。相比于现有的典型的路由算法，基于社会效用度的机会预测多副本路由算法可以在社会网络环境下提高消息投递率，降低投递时延和控制开销。另外，该发明不受限于具体的地理环境，在不同的城市环境下均表现出良好的性能，具有良好的环境自适应性。

附图说明

图1为本发明机会网络存储-携带-转发原理图；

图2为本发明节点相遇时间间隔计算示意图；

图3为本发明基于社会效用度的机会网络路由协议流程图；

图4为本发明机会网络路由仿真场景实验图；

图5为本发明仿真平台工作简化流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

具体实施方式一：

一种基于社会效用度机制的机会网络路由方法，在基于社会效用度的机会网络路由协议中，两个节点根据各自与消息目的节点的相遇时间间隔效用度来预测信息传输的下一跳以此作为决策依据，选择具有更高社会排名的中继节点作为下一跳，并且根据节点的社会效用度动态分配消息副本数量，从而对路由转发过程进行优化。具体来说，基于社会效用度的路由算法的消息投递过程主要包括以下实施步骤。

步骤1：网络中的源节点生成初始消息副本，首先判断源节点遇到的节点是否为其目的节点。如果是，直接将消息发送给目的节点，然后删掉该消息的其他副本。如果不是，则转到步骤2。

步骤2：不同的相遇持续时间和相遇时间周期可能会导致相同的相遇间隔，因此，我们采用他们的相遇次数C_i,j来加权(T_i,j-D_i,j)的值，将效用度U_i,j定义为：

公式(3)中，H是当前相遇次数。更新效用度。

步骤3：更新节点i和目的节点d的社会效用度U_i,d以及节点j和目的节点d的社会效用U_j,d度。此外，给出消息M的一个附加符号T_M，初始化为：

步骤4：当消息生成后，如果N_i之前没有遇到N_d，T_M就被初始化为+∞，这意味着传输可能性最小。如果N_i遇到过N_d，T_M就被初始化为U_i，d。。

步骤5：当候选节点N_j包含关于N_j与目的节点N_d的效用度U_j,d时，路由进入效用复制阶段。如果节点i，j之间的效用度大于节点i，d之间的效用度，则节点i将消息转发该节点j。

步骤6：假设源节点携带的消息数为m_i，源节点将副本数的转发给中继节点，剩下的依然携带。同时更新效用值U_i,j，如果U_i,d小于U_j,d则转到步骤4。否则，返回到步骤2。

步骤7：根据条件(节点相遇时间间隔效用度大于消息剩余生存时间)进行消息复制，意味着节点N_i在剩余寿命之内无法与目的节点N_d相遇，此时将消息中继给N_j使得N_j有机会遇到符合条件(具有更高效用度的中继节点)的其他节点。

步骤8：如果节点携带的消息的剩余生命时间小于消息生存时间的十分之一，则节点根据泛洪策略转发消息。

步骤9：如果候选节点N_j从未与目的节点相遇，本方法对节点进行社会排名，排名依据如公式(4)所示。

公式(4)中，N₁,N₂,...,N_n是节点(车辆)，F(N_i)是链接到N_i的邻居的集合；f是阻尼因子，即在任何相遇中，节点之间的社会关系有助于提高这些节点排名的可能性，0＜f≤1。f的值越高，算法所占的节点之间的社会关系就越多，更新社会排名。

步骤10：效用度越低代表相遇的频率越高，节点的关系越“亲密”，所以Reg(N_i)>Reg(N_j)意味着节点N_j的投递潜力要大于N_i。根据这种排名，决定消息的转发顺序。

步骤11：更新消息副本数，如果副本数大于1，转到步骤1。如果副本数等于1，转到步骤12。

步骤12：与步骤2不同的是，节点直接将单个消息完整地发给中继节点。

步骤13；更新所有消息的剩余生存时间和节点效用度，消息传输成功之后，删除该消息的其他副本。

步骤14：如果节点的占用缓存空间过大，即可用缓存较小时，根据优先级的高低依次删除优先级低的节点携带的消息。

具体实施方法二：

具体实施方法二与具体实施方式一不同点在于步骤2中的社会效用度计算。节点在网络中移动，节点之间的相遇频率服从幂律分布。即社会性强的节点遇到的节点数越多且越频繁，可以认为节点相遇次数服从泊松过程。我们根据泊松过程来计算节点之间相遇的可能性。

节点i和j相遇的泊松过程概率

假设携带消息的节点是i，目的节点是d，相遇节点是j，则定义节点i和节点d之间的效用度是：

本实施方式与具体实施方式一不同点在于步骤13和步骤14中的消息管理方法。消息在网络中的形态，主要有三种状态分别是：生成、转发和接受。方法一考虑消息被接收后，删除其他副本以减少网络开销。替代方法考虑从消息的源头即消息的生成方式上来管理消息。如果产生消息的源节点在网络中很少遇到其他节点，或者占用的缓存空间较大，我们考虑节点生成消息的数量按如下公式产生消息副本数。

其中，H_i,d是节点i和节点d的相遇次数，L_init是网络初始注入的消息数。

本发明是基于社会网络和机会网络相结合的基础上，重点设计基于社会网络的路由算法。而传统的机会网络路由算法中，并没有考虑节点所具有的社会性，本发明中提出的基于社会效用度的路由算法，充分考虑了节点的社会性，实现了了消息的高投递率和较低的网络开销。另外，该发明考虑到算法的拓展性，给出了一些实用的替代方法。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于社会效用度机制的机会网络路由方法，其特征在于包括效用度更新过程和节点社会排名过程，效用度更新过程具体为网络中节点i和节点j相遇，节点i是消息的携带者，节点d是消息转发的目标节点；包含以下步骤：

步骤一：更新节点i和目的节点d的社会效用度U_i,d以及节点j和目的节点d的社会效用U_j,d度；首先给出消息M的一个附加符号T_M，初始化为：

步骤二：当消息生成后，如果N_i之前没有遇到N_d，T_M就被初始化为+∞；如果N_i遇到过N_d，T_M就被初始化为U_i,d；

步骤三：当候选节点N_j包含关于N_j与目的节点N_d的效用度U_j,d时，当N_j有更大的可能遇到N_d时，使用条件(U_i,d<U_j,d)进行消息复制；

步骤四：如果N_j已经有了消息M，由N_i和N_j同时携带的消息的T_M值就会被更新为N_i和N_j中较小的值，此时节点i不会将消息发送给节点j；

步骤五：当N_j不满足条件T_M＞U_j,d时，此时根据条件进行消息复制，将消息中继给N_j使得N_j有机会遇到符合条件(U_i,d<U_j,d)的其他节点；

步骤六：当N_j不满足条件T_M＞U_j,d时，选用来衡量生存时间复制节点转发的紧急度，当紧急度时，进行洪泛转发提高投递可能性；

步骤七：如果当时，消息有可能在生存时间内投递到目的节点，投递愿望并不强烈，因此，继续根据效用度来进行复制；

步骤八：如果候选节点N_j从未与目的节点相遇；则对节点进行排名，节点会将消息副本有条件的转发给合适的节点；

步骤九：如果消息副本已成功传送，则须在网络中删除此消息的其他副本，给未被传递的消息释放缓存空间；

步骤十：采用动态发送消息副本数的方法来避免消息大量冗余；

公式(2)中，m_t代表N_i中消息M副本的数量，R_eg(N_i)代表消息携带节点效用度N_i的社会排名。