CN109041010A - 基于半朴素贝叶斯分类器的车载容迟网络数据转发方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种基于半朴素贝叶斯分类器的车载容迟网络数据转发方法，包括如下步骤：S1、每个节携带数据报文，则当前节点获取当前信息，并依据半朴素贝叶斯分类器和点内维护有一张数据报文转发历史表；S2、移动当前节点并判断相遇节点是否为目的节点，若是，则将数据报文直接转发给目标节点，转发结束，若不是，且相遇节点并未数据报文转发历史表计算当前节点成功投递数据报文的概率I_当前；S3、获取相遇节点成功投递数据报文的概率I_相遇；S4、判断I_当前与I_相遇的大小，若I_当前＞I_相遇，则返回S2，若I_当前＜I_相遇，则当前节点将所携带的数据报文转发给相遇节点。本发明不仅能够显著提升报文投递率，而且还有效地降低了网络开销，具有很高的使用及推广价值。

Description

基于半朴素贝叶斯分类器的车载容迟网络数据转发方法

技术领域

本发明涉及一种数据处理方法，具体而言，涉及一种基于半朴素贝叶斯分类器的车载容迟网络数据转发方法，属于车载移动容迟网络中路由协议领域。

背景技术

延迟容忍网络(Delay Tolerant Network，DTN)，又称容迟网络或DTN网络，是指一类特殊的网络。具体而言，在一些特定的网络环境下(如星际网络,水下传感器网络,车辆Adhoc网络等)，数据报文在传输过程中不能确保端到端的路径，这类网络被称为容迟网络。在DTN网络中，由于端到端的路径是不存在的，容迟网中的路由策略只能依赖于节点自身的移动，所以报文的传递一般采用存储—携带—转发(store-carry-and-forward)模式来执行。

车载容迟网络(Vehicular DTN Network)作为一种新型的车辆通信网络，将车辆作为节点携带数据报文，节点间通过中继节点转发报文，实现了车辆与车辆之间(Vehicleto Vehicle)、车辆与基础设施之间(Vehicle to Infrastructure)的数据交换。

目前，车载容迟网络的数据转发已经得到了充分的算法支持，已有的典型算法包括Epidemic和FirstContact等。具体而言，Epidemic算法基于泛洪机制，每个节点都将报文副本传递给相遇的所有邻居节点，其优点是可以最大化的提升成功的投递率，降低延迟，其缺点是会消耗大量的网络资源。而FirstContact算法的转发策略为只将报文副本传递给相遇的第一个节点，在网络中只存在一个报文副本，与Epidemic算法的优缺点正好相反，FirstContact算法的优点是占用的网络资源较少，但缺点是报文的投递率较低。

另外，研究人员已提出多种基于先验信息的路由算法。比如，Lindgren等人在PROPHET算法中，根据节点相遇的次数定义了一个传输预测值用于衡量节点间报文传递的成功概率，并将此预测值作为其算法中报文的转发依据。Burgess等人在MaxProp算法中使用了基于节点相遇的先验概率来计算节点的最短路径。

结合上述诸多算法的逻辑和优缺点，如何提出一种全新的数据转发方法，在计算过程中考虑更多的网络参数、利用更多的信息来更加精确地完成数据转发，进而充分地提升网络整体性能，也就成为了目前本领域内技术人员所亟待解决的问题。

发明内容

鉴于现有技术存在上述缺陷，本发明的目的是提出基于半朴素贝叶斯分类器的车载容迟网络数据转发方法。

一种基于半朴素贝叶斯分类器的车载容迟网络数据转发方法，包括如下步骤：

S1、使每个车载容迟网络节点内均维护有一张数据报文转发历史表；

S2、移动当前节点并判断与当前节点相遇的相遇节点是否为目的节点，

若相遇节点是目的节点，则将数据报文直接转发给目标节点，随后数据报文转发过程结束，

若相遇节点不是目的节点，且相遇节点并未携带数据报文，则当前节点获取当前信息，并依据半朴素贝叶斯分类器和数据报文转发历史表计算当前节点成功投递数据报文的概率I_当前，随后进入S3步骤；

S3、当前节点请求获取相遇节点成功投递数据报文的概率I_相遇并返回数据；

S4、判断I_当前与I_相遇的大小，

若I_当前＞I_相遇，则跳转至S2步骤，按序重复操作直至转发结束，

若I_当前＜I_相遇，则当前节点将所携带的数据报文转发给相遇节点，由相遇节点继续转发报文，本次转发结束。

优选地，所述数据报文转发历史表中的属性包括报文标识、目的节点、区域码、时间码、接触间隔码和节点分类。

优选地，所述当前信息包括当前区域码、当前时间码以及当前接触间隔码。

优选地，所述I_当前的表达式为：

I_当前＝P_当前(C＝YES)P_当前(x₂＝T_j|C＝YES,x₁＝R_i)P_当前(x₃＝W_k|C＝YES,x₁＝R_i)，

其中，

其中，C表示节点分类，其取值包括YES或NO，C＝YES表示数据报文投递成功，

x₁表示区域码，x₂表示时间码，x₃表示接触间隔码，R_i表示当前区域码，T_j表示当前时间码，W_k表示当前接触间隔码，

当前节点有效数据指当前节点数据报文转发历史表中目的节点的相关数据。

优选地，所述I_相遇的表达式为：

I_相遇＝P_相遇(C＝YES)P_相遇(x₂＝T_j|C＝YES,x₁＝R_i)P_相遇(x₃＝W_k′|C＝YES,x₁＝R_i)

其中，

其中，C表示节点分类，其取值包括YES或NO，C＝YES表示数据报文投递成功，

x₁表示区域码，x₂表示时间码，x₃表示接触间隔码，R_i表示当前区域码，T_j表示当前时间码，W_k′表示相遇节点当前接触间隔码，

相遇节点有效数据指相遇节点数据报文转发历史表中目的节点的相关数据。

与现有技术相比，本发明的优点主要体现在以下几个方面：

本发明的数据转发方法基于后验概率，在算法计算的过程中能够考虑更多的网络参数，这就意味着在进行路由决策时，本发明的方法可以利用更多的信息来更加精确地选择报文的下一跳节点，进而有效地提升算法的性能。同时，本发明通过半朴素贝叶斯分类器着重考虑了节点属性间的依赖关系，对节点的分类更加精确，确保了本发明的操作准确性。此外，本发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于领域内其他数据转发方法的技术方案中，具有十分广阔的应用前景。

总体而言，本发明所提出的基于半朴素贝叶斯分类器的车载容迟网络数据转发方法，利用了公共交通容迟网中重复的移动模式进行更好的路由决策，不仅能够显著提升报文投递率，简化了节点的属性和分类，而且还有效地降低了网络开销，具有很高的使用及推广价值。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1为本发明对于容迟网络中任意一个报文的转发流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明揭示了一种基于半朴素贝叶斯分类器的车载容迟网络数据转发方法，包括如下步骤：

S1、使每个车载容迟网络节点内均维护有一张数据报文转发历史表。

所述数据报文转发历史表中的属性包括报文标识、目的节点、区域码、时间码、接触间隔码和节点分类。

报文标识(ID)是任一数据报文的唯一标识。目的节点(Des)是该数据报文的目的节点标识。区域码(x₁)是对地理区域的编码，即将整个网络的地理区域以10m×10m的大小划分为不同的网格，对每个网格赋予一个唯一的区域码，用于记录该数据报文转发时节点所处的位置。时间码(x₂)是对时间段的编码，即将一天24小时以10分钟为间隔依次编码，用于记录该数据报文转发的时间。接触间隔码(x₃)是在转发前1小时内该节点与其他节点相遇的平均间隔时间，并以1分钟为单位的离散化编码。节点分类C是该数据报文投递结果的分类，取值只有两种：投递成功(YES)和投递失败(NO)。

在本实施例中，设当前节点携带数据报文m_l，该报文的目的节点为n_d。

S2、移动当前节点并判断与当前节点相遇的相遇节点是否为目的节点n_d，

若相遇节点是目的节点n_d，则将数据报文m_l直接转发给目标节点n_d，随后数据报文转发过程结束，

若相遇节点不是目的节点，且相遇节点n_d并未携带数据报文m_l，则当前节点获取当前信息，所述当前信息包括当前区域码(R_i)、当前时间码(T_j)以及当前接触间隔码(W_k)。并依据半朴素贝叶斯分类器和数据报文转发历史表计算当前节点成功投递数据报文的概率I_当前，随后进入S3步骤。

所述I_当前的计算公式为：

I_当前＝P_当前(C＝YES)P_当前(x₂＝T_j|C＝YES,x₁＝R_i)P_当前(x₃＝W_k|C＝YES,x₁＝R_i)，

其中，

其中，C表示节点分类，其取值包括YES或NO，C＝YES表示数据报文投递成功，

x₁表示区域码，x₂表示时间码，x₃表示接触间隔码，R_i表示当前区域码，T_j表示当前时间码，W_k表示当前接触间隔码，

当前节点有效数据指当前节点数据报文转发历史表中目的节点的相关数据。

S3、当前节点请求获取相遇节点成功投递数据报文的概率I_相遇并返回数据。

所述I_相遇的计算公式为：

I_相遇＝P_相遇(C＝YES)P_相遇(x₂＝T_j|C＝YES,x₁＝R_i)P_相遇(x₃＝W_k′|C＝YES,x₁＝R_i)

其中，

其中，C表示节点分类，其取值包括YES或NO，C＝YES表示数据报文投递成功，

x₁表示区域码，x₂表示时间码，x₃表示接触间隔码，R_i表示当前区域码，T_j表示当前时间码，W_k′表示相遇节点当前接触间隔码，

相遇节点有效数据指相遇节点数据报文转发历史表中目的节点的相关数据。

S4、判断I_当前与I_相遇的大小，

若I_当前＞I_相遇，则跳转至S2步骤，按序重复操作直至转发结束，

若I_当前＜I_相遇，则当前节点将所携带的数据报文转发给相遇节点，由相遇节点继续转发报文，本次转发结束。

为了验证本发明的报文转发方法能够有效实现减少副本开销，特列举一验证例进行说明。如表1～表2所示，表1为节点n1的历史数据集，表2为节点n2的历史数据值。

表1节点n1的历史数据集

表2节点n2的历史数据集

在本验证例中，假设携带数据报文的节点n1与节点n2相遇，n1所携带数据报文的目的节点为n3，此时n1的属性取值为<x1＝R3,x2＝T1,x3＝W1>，n2的属性取值为<x1＝R3,x2＝T1,x3＝W1>。n1、n2的历史数据集分别如表1和表2所示，其中表1中目的节点为n3的有效数据为记录1、2、3，表2中目的节点为n3的有效数据为记录1、2、3，n1报文投递成功的概率根据表1计算可得：

n2报文投递成功的从属强度根据表2计算可得：

因为n2的从属强度更大，所以节点n2将数据报文投递到目的节点的概率更大，所以节点n1将数据报文转发给节点n2，由n2继续转发报文。

本发明的数据转发方法基于后验概率，在算法计算的过程中能够考虑更多的网络参数，这就意味着在进行路由决策时，本发明的方法可以利用更多的信息来更加精确地选择报文的下一跳节点，进而有效地提升算法的性能。同时，本发明通过半朴素贝叶斯分类器着重考虑了节点属性间的依赖关系，对节点的分类更加精确，确保了本发明的操作准确性。此外，本发明也为同领域内的其他相关问题提供了参考，可以以此为依据进行拓展延伸，运用于领域内其他数据转发方法的技术方案中，具有十分广阔的应用前景。

总体而言，本发明所提出的基于半朴素贝叶斯分类器的车载容迟网络数据转发方法，利用了公共交通容迟网中重复的移动模式进行更好的路由决策，不仅能够显著提升报文投递率，简化了节点的属性和分类，而且还有效地降低了网络开销，具有很高的使用及推广价值。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神和基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种基于半朴素贝叶斯分类器的车载容迟网络数据转发方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、使每个车载容迟网络节点内均维护有一张数据报文转发历史表；

S2、移动当前节点并判断与当前节点相遇的相遇节点是否为目的节点，

若相遇节点是目的节点，则将数据报文直接转发给目标节点，随后数据报文转发过程结束，

若相遇节点不是目的节点，且相遇节点并未携带数据报文，则当前节点获取当前信息，并依据半朴素贝叶斯分类器和数据报文转发历史表计算当前节点成功投递数据报文的概率I_当前，随后进入S3步骤；

S3、当前节点请求获取相遇节点成功投递数据报文的概率I_相遇并返回数据；

S4、判断I_当前与I_相遇的大小，

若I_当前＞I_相遇，则跳转至S2步骤，按序重复操作直至转发结束，

若I_当前＜I_相遇，则当前节点将所携带的数据报文转发给相遇节点，由相遇节点继续转发报文，本次转发结束。

2.根据权利要求1所述的基于半朴素贝叶斯分类器的车载容迟网络数据转发方法，其特征在于：所述数据报文转发历史表中的属性包括报文标识、目的节点、区域码、时间码、接触间隔码和节点分类。

3.根据权利要求1所述的基于半朴素贝叶斯分类器的车载容迟网络数据转发方法，其特征在于：所述当前信息包括当前区域码、当前时间码以及当前接触间隔码。

4.根据权利要求1所述的基于半朴素贝叶斯分类器的车载容迟网络数据转发方法，其特征在于，所述I_当前的表达式为：

I_当前＝P_当前(C＝YES)P_当前(x₂＝T_j|C＝YES,x₁＝R_i)P_当前(x₃＝W_k|C＝YES,x₁＝R_i)，

其中，

其中，C表示节点分类，其取值包括YES或NO，C＝YES表示数据报文投递成功，

x₁表示区域码，x₂表示时间码，x₃表示接触间隔码，R_i表示当前区域码，T_j表示当前时间码，W_k表示当前接触间隔码，

当前节点有效数据指当前节点数据报文转发历史表中目的节点的相关数据。

5.根据权利要求1所述的基于半朴素贝叶斯分类器的车载容迟网络数据转发方法，其特征在于，所述I_相遇的表达式为：

I_相遇＝P_相遇(C＝YES)P_相遇(x₂＝T_j|C＝YES,x₁＝R_i)P_相遇(x₃＝W_k′|C＝YES,x₁＝R_i)

其中，

其中，C表示节点分类，其取值包括YES或NO，C＝YES表示数据报文投递成功，

x₁表示区域码，x₂表示时间码，x₃表示接触间隔码，R_i表示当前区域码，T_j表示当前时间码，W_k′表示相遇节点当前接触间隔码，

相遇节点有效数据指相遇节点数据报文转发历史表中目的节点的相关数据。