CN109286523B - 一种机会性物体互联组网方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种机会性物体互联组网方法，包括如下步骤：对数据的时效性、数据量、数据传输目的分别打分，根据打分的结果对数据进行分类；采用加权场景判决算法对所述数据进行判决，得到判决结果；根据判决结果，构建临时网络拓扑。本发明能够依据数据的时效性、数据量、数据传输的目的解决物联网中信息的有效传输。本发明解决了不同应用场景下，机会网络的构建方法，保证消息传递的可靠性。

Description

一种机会性物体互联组网方法
技术领域
本发明涉及物联网和移动组网技术领域，特别涉及一种机会性物体互联组网方法。
背景技术
从2009年开始，随着智能手机操作系统(安卓、ios等)的出现，传统互联网技术逐渐进入移动互联网时代。早在2012年，腾讯、阿里、微软等互联网巨头都先后宣布，物联网将成为下一代互联网技术的代表。2013年开始，通信技术的持续发展、传感器变得小型化、智能化、ARM芯片的计算能力猛增、功耗却不断降低、新的电池技术(无线充电)等突破，极大地推动了物联网技术的进步。
智慧城市、智慧园区、智能家居等已经从概念变成现实。人们通过各种便携式设备即可控制家里的电器、获得各种各样的信息。数据是物联网的核心资产，利用大数据、人工智能等方式，可以从海量数据中提取有用的信息，帮助人类的生活和生产。而利用各式各样的传感器、智能设备等组成感知网络，可以实现人类活动的信息化、数字化，精准刻画人类需求，满足物联网泛在互联的要求。
物联网中大量数据信息具有时效性，但是网络拓扑的时变性、资源节点的受限性使得传统信息传输方法难以有效运行。比如现在主流的通信方式都是在需要保证网络拓扑的连通性。但是在物联网里，大量物体具有移动性，网络拓扑会不断变化，因此网络连通性很难保障。
物体的移动性，使得物体之间接触的可能性大量增加。比如公共场所中人们的手机、公路上车里的行车记录仪等，均可以构建出临时拓扑。比如在地铁里，信号不好，有的人需要看新闻，但是没有网络。但是有的人已经提前将新闻下载好，因此，通过构建临时网络可以将信息分享给其他需要的人。
申请号为201010523320.7的中国发明专利“一种新型的机会网络数据传输方法”公开了一种基于人的人会属性的机会性数据传输方法。该构建方法采用改进的离散时齐马尔可夫链建模节点的移动轨迹，通过引入了两个重要的矩阵：节点转移时间矩阵和逗留时间概率矩阵反映节点移动的社会特性，同时利用节点的历史移动数据预测节点之间的下次相遇时间和相遇概率，采用改进的Binary Spraying策略设计多拷贝路由机制，综合了基于复制和基于预测算法的优点，进一步提高了算法的传输成功率，并且能够有效降低传输延时。该技术假设人是有规律转移的，即节点移动围绕几个频繁访问的场所转移。节点对区域内少量的主场所产生特殊的兴趣偏好，而较少访问其他主场所。节点在其主场所之间的转移有着几乎确定的规律，即每个节点都会按照其特定的时间表在主场所之间转移。因此该方法只可以解决有序前提下的机会性数据传输。由于节点确定的规律，在某个时刻，都会产生固定的拓扑，这与实际情况不相符合。因此，该方法只能在特殊小场景使用。
中国发明专利CN201710646551.9公开了一种“机会网络中的路由选择方法”，公开了一种贪婪型的路由算法，它不需要维护路由表，当节点需要发送数据时，利用地理位置信息把数据发给离目的节点最近的邻居，如果出现了局部优化问题，则采用边界转发机制，保证收敛到最优解。然而，该方法仅考虑两个节点之间的临时拓扑构建，不考虑多个节点同时构建的情况。该方法不区分信息的时效性、信息传输的目的等。
发明内容
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明主要解决在不同的信息时效性、传输目的以及不同数据量大小的情况下，网络拓扑的构建方法。它主要解决不同应用场景下，机会网络的构建方法，保证消息传递的可靠性。
一种机会性物体互联组网方法，包括如下步骤：
对数据的时效性、数据量、数据传输目的分别打分，根据所述打分的结果对数据进行分类；
采用加权场景判决算法对所述数据进行判决，得到判决结果；
根据所述判决结果，构建临时网络拓扑。
具体地，对所述数据的时效性进行打分，打分范围为1-10分，分数越低时效性越低，分数越高时效性越高。
具体地，对所述数据量打分，打分范围为1-10分，分数越低数据量越小，分数越高数据量越大。
具体地，数据传输目的包括两类：共享式、单个接收者；
对所述数据传输目的打分，共享式的分数为1，单个接收者的分数为2。
具体地，采用所述加权场景判决算法如下：
Figure BDA0001802535360000031
Figure BDA0001802535360000032
其中，N为网络构建者需要考虑的应用场景数量，CSA(A)为不同场景下时效性综合得分，CSA(B)为不同场景下数据量综合得分，a为每个场景下的时效性分数，b为每个场景下的数据量分数。
具体地，当传输目的为1，且CSA(A)和CSA(B)均小于5时，所述临时网络拓扑采用层次型组网方式。
具体地，层次型组网方式包括：数据由源节点传输至第二层目标节点，再由第二层目标节点传输至第三层目标节点。
具体地，当传输目的为2，且CSA(A)小于5时；
或者当CSA(A)大于5，且CSA(B)小于5时；
所述临时网络拓扑采用中心节点型组网方式。
具体地，中心节点型组网方式包括：
数据由丧失网络能力的节点传输至接触可能性强节点，由接触可能性强节点传输至网络能力强的节点，进而再传输至目标节点。
具体地，当CSA(A)大于5，且CSA(B)大于5时，所述临时网络拓扑采用点对点型组网方式。
具体地，点对点型组网方式包括：多个携带信息者、多个闲置节点、多个目标，数据由携带信息者分发给所述闲置节点，再由所述闲置节点发送给所述目标。
具体地，数据由携带信息者分发给所述闲置节点的方式，包括：蓝牙、D2D、WiFi-Direct。
本发明的优点在于：本发明提供的一种机会性物体互联网构建方法，能够依据数据的时效性、数据量大小、数据传输的目的解决物联网中信息的有效传输。本发明解决了不同应用场景下，机会网络的构建方法，保证消息传递的可靠性。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
附图1示出了根据本发明实施方式的机会网络原理图；
附图2示出了根据本发明实施方式的机会组网原理图；
附图3示出了根据本发明实施方式的层次型组网方式图；
附图4示出了根据本发明实施方式的中心节点型组网方式图；
附图5示出了根据本发明实施方式的点对点型构建方式图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
根据本发明的实施方式，提出一种机会性物体互联网构建方法，其原理如图1所示。机会网络的本质是在通信链路间歇式连通的情况下，利用节点的接触机会和节点的移动性实现数据传输。其中，A中有G所需要的信息，但是A与G在空间位置上是隔离的，具体表现为，A与G处于不连通的网络拓扑内，因此，为了保证A的信息能够传递到G，在t0时刻，A需要将信息先转发到B，在t2时刻，B移动到E所在的网络中，并将信息转发给E，E在t3时刻遇到了G，最终E将所携带的信息交给G，完成了信息传递的任务。
总体来看，机会网络类似于间歇式连通的网络和延迟容忍网络，通过存储-转发-携带-移动-转发使得信息流最终发送给需要的人。对比固定或者相对稳定的网络拓扑环境，在机会网络中，没有固定的网络链路，链路呈现时断时续的状态，不存在端与端直接连通的情况，这使得靠路由传输的传统模式无法有效运行。
由于机会网络的弱连接特性，目前机会网络一般采取间歇性路由和传输的机制。根据转发的数据特点，如何选择合适的中继节点，使得数据能够快速传播出去是目前机会路由研究的关键问题。
本发明对数据的时效性、数据量、数据传输目的分别打分，根据所述打分的结果对数据进行分类；采用加权场景判决算法对所述数据进行判决，得到判决结果；根据所述判决结果，构建临时网络拓扑。从而加快数据传播的速率，如图2所示。
在机会网络中，数据的时效性是一个比较重要的因素，部分数据要求很强的时效性，节点的移动性、信息的转发、机会接触都需要消耗大量时间。比如某时刻某个地区的温度信息，这是一个随时会变化的量，如果在两个小时传播出去，已经失去了意义。由于大部分物联网的设备存储能力有限，如果数据量过大，可能会超过设备本身的存储能力，影响信息的传输方式。数据传输的目的分为两类，一种是共享式，一种是单个接收者，它直接影响网络拓扑构建的目的。
根据数据的时效性、数据量大小、数据传输的目的之间的量化关系可以进行构建临时网络拓扑的判决，判决算法如下：
时效性：网络构建者根据不同使用场景对所述数据的时效性进行打分，打分范围为1-10分，分数越低时效性越低，分数越高时效性越高。1分时效性最低，10分时效性最高。
数据量：网络构建者根据不同的使用场景对所述数据量打分，打分范围为1-10分，分数越低数据量越小，分数越高数据量越大。1分时数据量最小，10分时数据量最高。
传输目的：网络构建者根据不同的使用场景对数据传输目的进行打分，数据传输目的包括两类：共享式、单个接收者；
共享式的分数为1，单个接收者的分数为2。
具体判据算法采用加权场景判决算法(CSA)如下：
Figure BDA0001802535360000061
Figure BDA0001802535360000062
其中，N为网络构建者需要考虑的应用场景数量，A不同场景下的时效性的综合得分，B为不同场景下数据数量的综合得分。a为每个场景下的时效性分数，b为每个场景下的数据量分数。
1.当传输目的为1，且CSA(A)和CSA(B)均小于5时，临时网络拓扑采用层次型组网方式。该场景主要应用在非实时性、数据量小、数据传输目的为共享式的用途：新闻内容的传播。即在地铁、公交车上下班高峰期，大量乘客需要同样的内容。显然，这种内容要求的实时性较弱。如图3所示，层次型组网方式包括：数据由源节点传输至第二层目标节点，再由第二层目标节点传输至第三层目标节点。第二层目标节点包括目标节点1、目标节点2至目标节点N，第三层目标节点包括目标节点1’、目标节点2’至目标节点N’。
在数据分享过程中一般会消耗源节点的电能，因此采取层次型组网方式能够保障各个节点的电池情况，可以在传播速率功耗之间折衷。
2.当传输目的为2，且CSA(A)小于5时；临时网络拓扑采用中心节点型组网方式。该场景主要应用在非实时性、数据传播目的为单个接收者，该场景的典型用途是：物联网中，某个传感器在网络拓扑出现问题后，需要将信息传递给接收者。该类型临时网络拓扑的构建方法如图4所示，采用中心节点型组网方式。数据由丧失网络能力源节点传输至接触可能性强节点，由接触可能性强节点传输至网络能力强的节点，进而再传输至目标节点。
由于源节点网络能力弱，为了将信息传递出去，需要寻找到与其他设备接触可能性强的节点，该节点一般为中心节点，即出度(图论概念)比较大的节点，该节点携带信息，并将信息转发给网络能力强的节点，从而将信息传递给目标节点。
中心节点型组网方式包括：
数据由丧失网络能力的节点传输至接触可能性强节点，由接触可能性强节点传输至网络能力强的节点，进而再传输至目标节点。
3.当CSA(A)大于5，且CSA(B)小于5时，该场景应用于时实时性高、数据量小的场景，一般需要在两三跳内将信息传播出去，因此采取中心节点型组网方式，可以保证实时性。
4.当CSA(A)大于5，且CSA(B)大于5时，临时网络拓扑采用点对点型组网方式。点对点型组网方式包括：多个携带信息者、多个闲置节点、多个目标，数据由携带信息者分发给所述闲置节点，再由所述闲置节点发送给所述目标。
该类型应用场景的典型应用场景是：大型演出活动中，由于看不到现场情况，需要观看直播。这种活动的特点是：区域内流量消耗极大，而且数据量大，有实时性要求。此类型网络拓扑的构建方式是P2P(点对点)型构建方式，如图5所示。点对点型组网方式包括：多个携带信息者、多个闲置节点、多个目标，数据由携带信息者分发给所述闲置节点，再由所述闲置节点发送给所述目标。
该类型场景的构建方式是选择P2P(点对点)型构建。图5中，A和B作为携带信息者，负责分发信息。而由于A和B的分发能力不足，一般可以将A、B的信息通过蓝牙、D2D、WiFi-Direct等方式，将数据信息分发给闲置节点，即拓扑内不需要该信息的节点，这些节点帮忙将信息发送给目标1，2，3，从而保证一定的实时性。
本发明提供的一种机会性物体互联网构建方法，能够依据数据的时效性、数据量大小、数据传输的目的解决物联网中信息的有效传输。在不同的信息时效性、传输目的以及不同数据量大小的情况下，网络拓扑的构建方法。主要解决不同应用场景下，机会网络的构建方法，保证消息传递的可靠性。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (1)

1.一种机会性物体互联组网方法，其特征在于，包括如下步骤：
根据不同使用场景对数据的时效性进行打分，打分范围为1-10分，分数越低时效性越低，分数越高时效性越高，根据不同使用场景对数据量进行打分，打分范围为1-10分，分数越低数据量越小，分数越高数据量越大，根据不同使用场景对数据传输目的进行打分，所述数据传输目的包括共享式和单个接收者两类，其中，共享式的分数为1，单个接收者的分数为2，根据所述打分的结果对数据进行分类；
采用加权场景判决算法对所述数据进行判决，得到判决结果，其中，所述加权场景判决算法如下：
Figure FDA0003474095690000011
Figure FDA0003474095690000012
其中，N为网络构建者需要考虑的应用场景数量，CSA(A)为不同场景下时效性综合得分，CSA(B)为不同场景下数据量综合得分，a为每个场景下的时效性分数，b为每个场景下的数据量分数；
根据所述判决结果，构建临时网络拓扑，当根据不同使用场景对数据传输目的进行打分的结果为1，且CSA(A)和CSA(B)均小于5时，所述临时网络拓扑采用层次型组网方式；所述层次型组网方式包括：数据由源节点传输至第二层目标节点，再由第二层目标节点传输至第三层目标节点；当根据不同使用场景对数据传输目的进行打分的结果为2，且CSA(A)小于5时，或者当CSA(A)大于5，且CSA(B)小于5时，所述临时网络拓扑采用中心节点型组网方式；所述中心节点型组网方式包括：数据由丧失网络能力的节点传输至接触可能性强节点，由接触可能性强节点传输至网络能力强的节点，进而再传输至目标节点；当CSA(A)大于5，且CSA(B)大于5时，所述临时网络拓扑采用点对点型组网方式，所述点对点型组网方式包括：多个携带信息者、多个闲置节点、多个目标，数据由携带信息者分发给所述闲置节点，再由所述闲置节点发送给所述目标。
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