CN110213806A - 基于节点社会属性的Spray＆Wait移动机会网络路由方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由方法，该方法包括以下步骤：S1、在Spray阶段，节点a与移动机会网络中的任一相遇节点b相遇时，根据节点的喷射效用值动态分配相遇节点获得的消息副本数目，并更新节点a和节点b的相遇信息；S2、在Wait阶段，根据节点转发效用判断是否将消息转发给相遇节点；首先判断该消息是否处于转发阶段，若是，分别获取节点a、b与消息目的节点d的转发效用值D_(a,d)、D_(b,d)；如果转发效用值D_(a,d)小于转发效用值D_(b,d)，则节点a将消息m_i转发给节点b，否则不转发。本发明在保持了Spray&Wait算法低负载率优势的前提下，在消息投递率和平均时延指标上均取得了明显的进步。

Description

基于节点社会属性的Spray＆Wait移动机会网络路由方法

技术领域

本发明涉及移动社会网络领域，尤其涉及一种基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由方法。

背景技术

移动机会网络是一种新型的移动自组织网络，网络拓扑频繁变化，节点之间的链路时断时续，节点之间的接触是难以预测的，源节点和目的节点之间的端到端的完整路径很少同时存在。网络中节点之间通过使用“存储-携带-转发”的原理来传输消息。作为一种新型的网络体系结构，移动机会网络可以更好地适应某些特殊场景下的通信需求。

移动机会网络中网络拓扑结构频繁变化、节点间歇式接触的特点，导致网络中消息传输的成功率低、传输时延长。因此，如何选择合适的节点进行消息转发，以及如何在设计算法时使消息有更高的投递率与更低的传输时延，是移动机会网络路由设计的一个重点研究方向。近年来国内与国际方面的科研机构对移动机会网络的研究越来越多，在诸多国际网络领域的会议上，与会人员提出了许多重要的研究成果。一些研究表明，移动机会网络中，适当增加消息的副本数可以增加消息投递率，但增加的消息副本会占用网络中节点的存储空间，并消耗节点更多的能量。因此，在多副本转发策略下，需要一种副本控制算法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由方法，在移动机会网络中，通过Spray&Wait算法进行节点间的消息传递，Spray&Wait算法包括两个阶段：Spray阶段和Wait阶段；通过该方法将节点a携带的消息m_i转发给目的节点d；该方法包括以下步骤：

S1、在Spray阶段，节点a与移动机会网络中的任一相遇节点b相遇时，根据节点的喷射效用值动态分配相遇节点获得的消息副本数目，并更新节点a和节点b的相遇信息；

S2、在Wait阶段，根据节点转发效用判断是否将消息转发给相遇节点；首先判断该消息是否处于转发阶段，若节点b是目的节点，节点a直接将消息m_i转发给节点b；若节点b不是目的节点，则进入转发阶段；转发阶段中，分别获取节点a、b与消息目的节点d的转发效用值D_(a,d)、D_(b,d)；如果转发效用值D_(a,d)小于转发效用值D_(b,d)，则节点a将消息m_i转发给节点b，否则不转发。

进一步地，本发明的步骤S1中的节点喷射效用值，用于反映节点在整个网络中与其他节点接触的频繁程度，喷射效用值大的节点更容易将携带的消息在网络中快速扩散。

进一步地，本发明的节点喷射效用值的计算方法为：

节点喷射效用值S_a表示节点a与网络中其他节点的总相遇次数V_a和节点a与网络中其他节点相遇次数的方差D_a的比值；其计算公式为：

节点的喷射效用值越大，说明节点越活跃，越容易将携带的消息在网络中快速扩散；

喷射效用初始值置为0并在两节点相遇结束时更新。

进一步地，本发明的步骤S1中动态分配相遇节点获得的消息副本数目的方法为：

当节点a与节点b相遇时，对于节点a携带的消息，如果节点b中已经存在消息的副本，则该消息不在两节点之间传输；

如果消息副本数大于1且节点b中没有消息的副本，则根据两相遇节点的喷射效用以及相遇之前所持有消息的副本数重新分配副本数；依据以下公式来计算应分配消息的副本数：

其中，S_a、S_b分别表示相遇节点a和b的喷射效用，表示节点a相遇之前持有的消息m_i的副本，分别表示节点a，b新分配到的消息副本数；

为保证相遇两节点都至少能分配到一个消息副本，在计算的结果中如果任一节点的副本数为0，则将其副本数修正为1，另一个节点则取得剩余的所有消息副本。

进一步地，本发明的步骤S2中节点a、b的转发效用是基于节点a、b的亲密度F_(a,b)及a的历史相遇节点与b的亲密度β∑F_(a,b)；转发效用考虑了节点的历史相遇节点集合和与消息目的节点亲密度高的节点，这些节点也是潜在的中继节点；将消息转发给到目的节点转发效用值更高的节点，使携带消息的节点更容易与消息的目的节点相遇。

进一步地，本发明的节点亲密度的计算方法为：

节点a与节点b亲密度的计算公式如下：

其中，表示节点a与节点b在当前系统时间t内的累计相遇时间，为节点a与节点b在系统时间0到now-t内的累计相遇时间，α为加权系数。

进一步地，本发明的节点转发效用的计算方法为：

节点转发效用的具体计算公式如下：

D_(a,b)＝F_(a,b)+β∑F_(k,b)

其中，F_(a,b)表示a与b的亲密度，节点k＝{k|k∈F_(k,b)＞F_(a,b)}，∑F_(k,b)表示节点a的历史相遇节点集合中与b的亲密度大于a、b亲密度的节点的亲密度累加和，β为加权系数。

本发明产生的有益效果是：本发明的基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由方法，通过重新定义了节点的全局喷射效用与节点之间基于亲密度关系的转发效用。在喷射阶段，通过利用节点全局喷射效用动态分配副本数，让消息副本尽快在网络中扩散；在转发阶段，将消息转发给与消息目的节点转发效用更大的节点。改进后的算法在保持了Spray&Wait算法低负载率优势的前提下，在消息投递率和平均时延指标上均取得了明显的进步。本方法在分配消息副本数方面可以根据不同节点的质量和表现分配不同的副本数量，在筛选中继节点方面可以根据效用函数选择高效的候选节点作为下一跳，提高了消息投递率，并且使得算法更加灵活。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由算法的算法流程图；

图2是本发明喷射效用更新算法过程图；

图3是本发明节点亲密度更新算法过程图；

图4是本发明节点转发效用计算过程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由方法，当节点a与节点b相遇时，对于节点a携带的消息m_i，如果节点b中已经存在消息m_i的副本，则该消息不在两节点之间传输。如果m_i的副本不等于1且节点b中没有消息m_i的副本，则依据以下公式来计算应分配消息的副本数。

其中S_a、S_b分别表示相遇节点a和b的喷射效用，表示节点a相遇之前持有的消息m_i的副本，分别表示节点a，b新分配到的消息副本数。所述的喷射效用的计算公式如下：

其中V_a表示节点a与网络中其他节点的总相遇次数，D_a表示节点a与网络中其他节点相遇次数的方差。喷射效用的初始值置为0，在每次与其他节点相遇结束后更新。其更新过程参见图2，具体过程为：当节点a与b相遇结束后，获取节点与网络中其他节点总相遇次数totalNum，计算节点与网络中其他节点平均相遇次数aveNum，计算公式如下：

aveNum＝totalNum/T.size()

其中T.size()表示节点a的接触信息表的大小。然后计算节点与其他节点相遇次数的方差D_a，计算公式如下：

D_a+＝Math.pow(T.get(n_k).connList.size()-aveNum,2)

计算完毕后更新节点的喷射效用值。更新公式如下：

S_a＝totalNum/D_a

所述的接触信息表T，包括相遇节点i，相遇时间链表connList<Tuple<upTime,downTime>>(链表中存储每次相遇的开始时间与截止时间)，总相遇时间totalTime，亲密度intimacy，转发效用relayUtility。当节点a与b相遇结束后，两节点开始各自更新自己的节点接触信息表T，主要是将此次a、b节点的相遇信息添加进表T的相遇时间链表connList中，同时更新a与b的总相遇时间totalTime，更新a与b的亲密度与转发效用。最后，重新计节点的喷射效用值。

如果节点a携带的消息m_i的副本数等于1，则进入转发阶段，利用节点转发效用进行转发判断，所涉及的定义有：

(1)节点亲密度。节点a与节点b的亲密度反映了两节点的相遇频率及时间长短。亲密度高的节点，在今后一段时间里，也应有更高的概率再次相遇。亲密度的计算公式如下：

其中表示节点a与节点b在当前系统时间t内的累计相遇时间，为节点a与节点b在系统时间0到now-t内的累计相遇时间，α为加权系数。亲密度在节点a与b相遇结束后更新，其更新过程参见图3，首先定义时间t内节点a与b的累计相遇时间为time，然后节点a遍历本地节点接触信息表中关于与节点a相遇的时间记录列表connList，对距当前时间小于t的接触进行时间求和，最后节点a更新与节点b的亲密度值。

(2)节点转发效用。节点a与b的转发效用基于a与b的亲密度及a的历史相遇节点与b的亲密度，节点转发效用的具体计算公式如下：

D_(a,b)＝F_(a,b)+β∑F_(k,b)

其中F_(a,b)表示a与b的亲密度，节点k＝{k|k∈F_(k,b)＞F_(a,b)}，∑F_(k,b)表示节点a的历史相遇节点集合中与b的亲密度大于a、b亲密度的节点的亲密度累加和，β为加权系数。其更新过程参见图4，首先获取节点a与节点d的亲密度，然后对a的历史相遇节点中与节点d的亲密度大于a、d亲密度的节点的亲密度求和，最后计算节点转发效用值。

如果D_(a,d)小于D_(b,d)，则a将消息m_i转发给b，否则不转发。

综上，本发明公开了一种基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由算法，通过重新定义节点的全局喷射效用与节点之间基于亲密度关系的转发效用，改进了传统Spray&Wait算法的不足。在喷射阶段，通过利用节点全局喷射效用动态分配副本数，可以让消息副本尽快在网络中扩散；在转发阶段，节点不采用直接等待策略，而是将消息转发给与消息目的节点转发效用更大的节点。改进后的算法在保持了Spray&Wait算法低负载率优势的前提下，在消息投递率和平均时延指标上均取得了明显的进步。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由方法，其特征在于，在移动机会网络中，通过Spray&Wait算法进行节点间的消息传递，Spray&Wait算法包括两个阶段：Spray阶段和Wait阶段；通过该方法将节点a携带的消息m_i转发给目的节点d；该方法包括以下步骤：

S1、在Spray阶段，节点a与移动机会网络中的任一相遇节点b相遇时，根据节点的喷射效用值动态分配相遇节点获得的消息副本数目，并更新节点a和节点b的相遇信息；

S2、在Wait阶段，根据节点转发效用判断是否将消息转发给相遇节点；首先判断该消息是否处于转发阶段，若节点b是目的节点，节点a直接将消息m_i转发给节点b；若节点b不是目的节点，则进入转发阶段；转发阶段中，分别获取节点a、b与消息目的节点d的转发效用值D_(a,d)、D_(b,d)；如果转发效用值D_(a,d)小于转发效用值D_(b,d)，则节点a将消息m_i转发给节点b，否则不转发。

2.根据权利要求1所述的基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由方法，其特征在于，步骤S1中的节点喷射效用值，用于反映节点在整个网络中与其他节点接触的频繁程度，喷射效用值大的节点更容易将携带的消息在网络中快速扩散。

3.根据权利要求2所述的基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由方法，其特征在于，节点喷射效用值的计算方法为：

节点喷射效用值S_a表示节点a与网络中其他节点的总相遇次数V_a和节点a与网络中其他节点相遇次数的方差D_a的比值；其计算公式为：

节点的喷射效用值越大，说明节点越活跃，越容易将携带的消息在网络中快速扩散；

喷射效用初始值置为0并在两节点相遇结束时更新。

4.根据权利要求1所述的基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由方法，其特征在于，步骤S1中动态分配相遇节点获得的消息副本数目的方法为：

当节点a与节点b相遇时，对于节点a携带的消息，如果节点b中已经存在消息的副本，则该消息不在两节点之间传输；

如果消息副本数大于1且节点b中没有消息的副本，则根据两相遇节点的喷射效用以及相遇之前所持有消息的副本数重新分配副本数；依据以下公式来计算应分配消息的副本数：

其中，S_a、S_b分别表示相遇节点a和b的喷射效用，表示节点a相遇之前持有的消息m_i的副本，分别表示节点a，b新分配到的消息副本数；

为保证相遇两节点都至少能分配到一个消息副本，在计算的结果中如果任一节点的副本数为0，则将其副本数修正为1，另一个节点则取得剩余的所有消息副本。

5.根据权利要求1所述的基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由方法，其特征在于，步骤S2中节点a、b的转发效用是基于节点a、b的亲密度F_(a,b)及a的历史相遇节点与b的亲密度β∑F_(a,b)；转发效用考虑了节点的历史相遇节点集合和与消息目的节点亲密度高的节点，这些节点也是潜在的中继节点；将消息转发给到目的节点转发效用值更高的节点，使携带消息的节点更容易与消息的目的节点相遇。

6.根据权利要求5所述的基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由方法，其特征在于，节点亲密度的计算方法为：

节点a与节点b亲密度的计算公式如下：

其中，表示节点a与节点b在当前系统时间t内的累计相遇时间，为节点a与节点b在系统时间0到now-t内的累计相遇时间，α为加权系数。

7.根据权利要求6所述的基于节点社会属性的Spray&Wait移动机会网络路由方法，其特征在于，节点转发效用的计算方法为：

节点转发效用的具体计算公式如下：

D_(a,b)＝F_(a,b)+β∑F_(k,b)

其中，F_(a,b)表示a与b的亲密度，节点k＝{k|k∈F_(k,b)＞F_(a,b)}，∑F_(k,b)表示节点a的历史相遇节点集合中与b的亲密度大于a、b亲密度的节点的亲密度累加和，β为加权系数。