CN111405632A - 路由方法、装置、终端设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种路由方法、装置、终端设备及存储介质，其中，所述方法包括：预测携带消息节点在下一时刻的位置信息；基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值；以及，选择出所述携带消息节点与各邻居节点中预测效用值最大的邻居节点进行消息转发。本公开实施例至少可以提高节点消息传输效率，同时减小网络开销。

Description

路由方法、装置、终端设备及存储介质

技术领域

本公开涉及通信技术领域，尤其涉及一种路由方法、一种路由装置、一种终端设备以及一种存储介质。

背景技术

在无线自组织网络中，节点通常能量有限，而节点能量受限的问题成为了无线自组织网络应用发展过程中的障碍，如果节点能量消耗过快，会导致部分节点提前死亡，无法参与到消息转发过程中。

目前常用的路由发现方法主要有：动态源路由方法和按需距离矢量路由方法。其中动态源路由方法的基本思想是当两个节点间需要通信时，才缓存路由记录，中间节点不存储转发所需的路由信息，该方法虽然传输效率高，但是路由请求过程中采用泛洪方法向整个网络扩散，导致了大量的能量开销。而按需距离矢量路由方法的基本思想是利用数据包转发的跳数来计算到达目标网络的距离，但是该方法收敛速度较慢，对于大型网络需要较长的时间传播路由信息。

当前的路由发现方法要么是产生了大量的能量开销，要么是收敛速度较慢，造成大型网络需要较长的时间来传播路由信息。

发明内容

本公开提供了一种路由方法、装置、终端设备及存储介质，以至少解决上述问题。

根据本公开实施例的一方面，提供一种路由方法，所述方法包括：

预测携带消息节点在下一时刻的位置信息；

基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值；以及，

选择出所述携带消息节点与各邻居节点中预测效用值最大的邻居节点进行消息转发。

在一种实施方式中，所述方法还包括：

为网络中所有节点建立各自的位置信息列表{t_iM,X_iM,Y_iM}，其中，i＝1,2,3,...,N，N表示网络中有N个节点，M表示位置记录的数量，t表示时刻，X和Y表示节点的位置坐标；

在网络中任意两个节点相遇时，交换各自的位置信息列表，并基于交换的位置信息列表获得的数据更新各自的位置信息列表。

在一种实施方式中，所述预测携带消息节点在下一时刻的位置信息，具体为：

从所述携带消息节点的位置信息列表中，预测所述携带消息节点在下一时刻的位置信息X'_M(t)和Y'_M(t)；

其中，X'_M(t)和Y'_M(t)根据以下公式得到：

式中，X_k和Y_k表示节点的历史位置坐标，且k＝1,2,3,...,M，M表示位置记录的数量，l_k(t)表示关于时间t的拉格朗日插值基函数，其中

在一种实施方式中，所述基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值，包括：

基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点和各个邻居节点以及目的节点的余弦值cosθ；以及，

基于所述携带消息节点和各个邻居节点以及目的节点的余弦值cosθ计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值。

在一种实施方式中，所述基于所述携带消息节点和各个邻居节点以及目的节点的余弦值cosθ计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值，根据以下公式得到：

式中，U_i表示携带数据节点与第i个邻居节点的预测效用值，V_i表示第i个邻居节点的移动速度，V_max表示网络中节点运动的最大速度，N_i表示第i个邻居节点的邻居节点数，N表示网络中节点数，cosθ表示携带消息节点和第i个节点与目的节点的余弦值，α、β、χ为常系数，并且α+β+χ＝1。

在一种实施方式中，所述方法还包括：

基于所述携带消息节点与转发消息的邻居节点的预测效用值为转发消息的邻居节点分配消息副本。

在一种实施方式中，所述基于所述携带消息节点与转发消息的邻居节点的预测效用值为转发消息的邻居节点分配消息副本，根据以下公式得到：

L_i表示为第i个节点分配的副本数量，L_n表示所述携带消息节点的消息副本数量，其中L_n＞1，U_i表示携带数据节点与第i个邻居节点的预测效用值，U_f表示携带消息节点与第f个邻居节点的预测效用值。

根据本公开实施例的另一方面，提供一种路由装置，所述装置包括：

预测模块，其设置为预测携带消息节点在下一时刻的位置信息；

计算模块，其设置为基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值；以及，

选择模块，其设置为选择出所述携带消息节点与各邻居节点中预测效用值最大的邻居节点进行消息转发。

根据本公开实施例的又一方面，提供一种终端设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行所述的路由方法。

根据本公开实施例的再一方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行所述的路由方法。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

本公开实施例提供的路由方法，通过预测携带消息节点在下一时刻的位置信息；基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值；以及，选择出所述携带消息节点与各邻居节点中预测效用值最大的邻居节点进行消息转发。本实施例至少可以提高节点消息传输效率，同时减小网络开销。

本公开的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本公开而了解。本公开的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本公开技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本公开的实施例一起用于解释本公开的技术方案，并不构成对本公开技术方案的限制。

图1为本公开实施例提供的路由方法的流程示意图；

图2为本公开另一实施例提供的路由方法的流程示意图；

图3为本公开实施例提供的路由装置的结构示意图；

图4为本公开实施例提供的终端设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

需要说明的是，本公开的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序；并且，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本公开的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

为解决相关技术中寻找路由要么产生了大量的能量开销，要么是收敛速度较慢，造成大型网络需要较长的时间来传播路由信息等问题，本公开实施例提出了一种新型的路由方法，能够在保证网络连通性的同时，以最大限度提高网络传输效率为目标，利用节点移动速度、邻居节点数以及节点预测位置来进行寻找路由，并且本实施例所提供的方法能够最大限度的降低网络时延和控制网络副本数。

请参照图1，图1为本公开实施例提供的一种路由方法的流程示意图，本实施例通过预测节点在下一时刻的位置信息，并根据预测位置信息计算携带消息的节点与各邻居节点的预测效用值来选择路由，可以保证网络连通性的同时，提高网络传输效率，具体地，所述方法包括步骤S101-S103。

在步骤S101中，预测携带消息节点在下一时刻的位置信息。

相较于相关技术中通过动态源路由或按需距离矢量路由等方法寻找路由，本实施例通过预测携带数据节点的位置信息，以及根据预测位置信息计算节点预测效用值寻找路由，可以提高节点消息传输效率，同时不会造成大的网络开销。

进一步地，为了更好地实现预测携带消息节点的位置信息，所述方法还包括以下步骤：

为网络中所有节点建立各自的位置信息列表{t_iM,X_iM,Y_iM}，其中，i＝1,2,3,...,N，N表示网络中有N个节点，M表示位置记录的数量，t表示时刻，X和Y表示节点的位置坐标；

在网络中任意两个节点相遇时，交换各自的位置信息列表，并基于交换的位置信息列表获得的数据更新各自的位置信息列表。

具体地，首先对网络进行初始化，将网络中的所有节点的位置信息列表初始化位置为空，网络中包含N个节点，每个节点维护自身的位置信息列表，源节点生成L个消息副本，网络中的所有节点周期性更新位置列表，当两个节点相遇时，交换彼此位置信息列表，并对位置信息列表进行更新，维护M个最新的历史位置坐标，通过在节点与节点相遇时，交换各自节点的位置信息列表，快速更新节点的位置信息。

可以理解的是，源节点为携带消息的初始节点，携带消息节点可以为源节点或者作为数据传输的某一中继节点。

进一步地，所述预测携带消息节点在下一时刻的位置信息，具体为：

从所述携带消息节点的位置信息列表中，预测所述携带消息节点在下一时刻的位置信息X'_M(t)和Y'_M(t)；

其中，X'_M(t)和Y'_M(t)根据以下公式得到：

式中，X_k和Y_k表示节点的历史位置坐标，且(k＝1,2,3...M)，M表示位置记录的数量，l_k(t)表示关于时间t的拉格朗日插值基函数，其中

可以理解的是，本实施例利用拉格朗日插值公式预测节点的位置信息，拉格朗日插值公式(外文名Lagrange interpolation formula)指的是在节点上给出节点基函数，然后做基函数的线性组合，组合系数为节点函数值的一种插值多项式，基于节点的历史位置坐标以及时间t的拉格朗日差值基函数预测节点在下一时刻的位置坐标。

在步骤S102中，基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值。

其中，邻居节点为携带消息节点通信半径内的其它节点，效用值可以用于表示携带消息节点传送消息的效率，其中效用值越大，说明携带消息节点将消息传输给相关节点的时间越短、速度越快等。

进一步地，所述基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值，包括：

基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点和各个邻居节点以及目的节点的余弦值cosθ；

基于所述携带消息节点和各个邻居节点以及目的节点的余弦值cosθ计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值。

可以理解的是，携带消息节点和各邻居节点以及目的节点的余弦值cosθ反应携带消息节点在下一时刻向邻居节点传输消息的运动夹角大小，其中，cosθ越大表明运动夹角越小，消息越靠近目的节点，携带消息节点与邻居节点的预测效用值也就越高，传输消息的速度也越快。

进一步地，所述基于所述携带消息节点和各个邻居节点以及目的节点的余弦值cosθ计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值，根据以下公式得到：

式中，U_i表示携带数据节点与第i个邻居节点的预测效用值，V_i表示第i个邻居节点的移动速度，V_max表示网络中节点运动的最大速度，N_i表示第i个邻居节点的邻居节点数，N表示网络中节点数，cosθ表示携带消息节点和第i个节点与目的节点的余弦值，α、β、χ为常系数，并且α+β+χ＝1。

本实施例在计算预测效用值时，不仅考虑了携带消息节点与各邻居节点以及目的节点的余弦值，还考虑了邻居节点的移动速度以及邻居节点数目，基于携带消息的预测位置并利用节点移动速度、邻居节点数以及余弦值来计算预测效用值，进而寻找路由，进一步提高消息传输效率。其中，V_i越大表明节点移动速度越快，消息转发速度快，N_i越大表明节点i越活跃，接触到的节点数越多，消息转发到目的节点的概率越大。cosθ越大表明运动夹角越小，消息越靠近目的节点，本领域技术人员根据实际情况对这三个参数进行不同的加权，以选择出消息转发效率最高以及时延最短的节点进行消息传输。

在步骤S103中，选择出所述携带消息节点与各邻居节点中预测效用值最大的邻居节点进行消息转发。

可以理解的是，在选择出相应的节点传输消息后，基于上述方法继续寻找下一个传输消息的节点，直到消息传输至目的节点。

请参照图2，图2为本公开实施例提供的另一种路由方法的流程示意图，在选择出转发消息的邻居节点后，根据节点的预测效用值为转发消息的邻居节点分配一定数量的消息副本，在最大限度的降低网络时延的同时，有效控制网络副本数量。与上一实施例相比，除了步骤S101-S103之外，所述方法还包括步骤S204。

在步骤S204中，基于所述携带消息节点与转发消息的邻居节点的预测效用值为转发消息的邻居节点分配消息副本。

进一步地，所述基于所述携带消息节点与转发消息的邻居节点的预测效用值为转发消息的邻居节点分配消息副本，根据以下公式得到：

L_i表示为第i个节点分配的副本数量，L_n表示所述携带消息节点的消息副本数量，其中L_n＞1，U_i表示携带数据节点与第i个邻居节点的预测效用值，U_f表示携带消息节点与第f个邻居节点的预测效用值。

具体地，在进入消息副本扩散阶段，携带消息的节点利用计算得到的预测效用值，根据上述将消息副本分配给相遇邻居节点，直到将消息扩散给L个节点。可以理解的是，L_i表示节点i和节点j相遇时，节点i根据节点预测效用值的比例分配得到的副本数量，完成消息副本扩散后，网络中L各节点各携带一份消息。

基于相同的技术构思，本公开实施例相应还提供一种路由装置，如图3所示，所述装置包括预测模块31、计算模块32以及选择模块33，其中，

所述预测模块31，其设置为预测携带消息节点在下一时刻的位置信息；

所述计算模块32，其设置为基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值；以及，

所述选择模块33，其设置为选择出所述携带消息节点与各邻居节点中预测效用值最大的邻居节点进行消息转发。

在一种实施方式中，所述装置还包括：

位置列表建立模块，其设置为为网络中所有节点建立各自的位置信息列表{t_iM,X_iM,Y_iM}，其中，i＝1,2,3,...,N，N表示网络中有N个节点，M表示位置记录的数量，t表示时刻，X和Y表示节点的位置坐标；

交换更新模块，其设置为在网络中任意两个节点相遇时，交换各自的位置信息列表，并基于交换的位置信息列表获得的数据更新各自的位置信息列表。

在一种实施方式中，所述预测模块31，具体设置为：

从所述携带消息节点的位置信息列表中，预测所述携带消息节点在下一时刻的位置信息X'_M(t)和Y'_M(t)；

其中，X'_M(t)和Y'_M(t)根据以下公式得到：

式中，X_k，Y_k(k＝1,2,3...M)表示节点的历史位置坐标，l_k(t)表示关于时间t的拉格朗日插值基函数，其中

在一种实施方式中，所述计算模块，包括：

第一计算单元，其设置为基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点和各个邻居节点以及目的节点的余弦值cosθ；

第二计算单元，其设置为基于所述携带消息节点和各个邻居节点以及目的节点的余弦值cosθ计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值。

在一种实施方式中，所述第二计算单元，根据以下公式得到：

式中，U_i表示携带数据节点与第i个邻居节点的预测效用值，V_i表示第i个邻居节点的移动速度，V_max表示网络中节点运动的最大速度，N_i表示第i个邻居节点的邻居节点数，N表示网络中节点数，cosθ表示携带消息节点和第i个节点与目的节点的余弦值，α、β、χ为常系数，并且α+β+χ＝1。

在一种实施方式中，所述装置还包括：

副本分配模块，其设置为基于所述携带消息节点与转发消息的邻居节点的预测效用值为转发消息的邻居节点分配消息副本。

在一种实施方式中，副本分配模块，根据以下公式得到：

L_i表示为第i个节点分配的副本数量，L_n表示所述携带消息节点的消息副本数量，其中L_n＞1，U_i表示携带数据节点与第i个邻居节点的预测效用值，U_f表示携带消息节点与第f个邻居节点的预测效用值。

基于相同的技术构思，本公开实施例相应还提供一种终端设备，如图4所示，所述终端设备包括存储器41和处理器42，所述存储器41中存储有计算机程序，当所述处理器42运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器42执行所述的路由方法。

基于相同的技术构思，本公开实施例相应还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行所述的路由方法。

综上所述，本公开实施例提供的路由方法、装置、终端设备及存储介质，通过预测携带消息节点在下一时刻的位置信息；基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值；以及，选择出所述携带消息节点与各邻居节点中预测效用值最大的邻居节点进行消息转发，本实施例至少可以提高节点消息传输效率，同时减小网络开销；进一步的，基于节点预测效用值为节点分配一定数量的网络副本，在最大限度的降低网络时延的同时，有效控制网络副本数量。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本公开的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本公开进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本公开各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种路由方法，其特征在于，包括：

预测携带消息节点在下一时刻的位置信息；

基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值；以及，

选择出所述携带消息节点与各邻居节点中预测效用值最大的邻居节点进行消息转发。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

为网络中所有节点建立各自的位置信息列表{t_iM,X_iM,Y_iM}，其中，i＝1,2,3,...,N，N表示网络中有N个节点，M表示位置记录的数量，t表示时刻，X和Y表示节点的位置坐标；

在网络中任意两个节点相遇时，交换各自的位置信息列表，并基于交换的位置信息列表获得的数据更新各自的位置信息列表。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预测携带消息节点在下一时刻的位置信息，具体为：

从所述携带消息节点的位置信息列表中，预测所述携带消息节点在下一时刻的位置信息X'_M(t)和Y'_M(t)；

其中，X'_M(t)和Y'_M(t)根据以下公式得到：

式中，X_k和Y_k表示节点的历史位置坐标，且k＝1,2,3,...,M，M表示位置记录的数量，l_k(t)表示关于时间t的拉格朗日插值基函数，其中

4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值，包括：

基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点和各个邻居节点以及目的节点的余弦值cosθ；以及，

基于所述携带消息节点和各个邻居节点以及目的节点的余弦值cosθ计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述基于所述携带消息节点和各个邻居节点以及目的节点的余弦值cosθ计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值，根据以下公式得到：

式中，U_i表示携带数据节点与第i个邻居节点的预测效用值，V_i表示第i个邻居节点的移动速度，V_max表示网络中节点运动的最大速度，N_i表示第i个邻居节点的邻居节点数，N表示网络中节点数，cosθ表示携带消息节点和第i个节点与目的节点的余弦值，α、β、χ为常系数，并且α+β+χ＝1。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

基于所述携带消息节点与转发消息的邻居节点的预测效用值为转发消息的邻居节点分配消息副本。

7.根据权利6所述的方法，其特征在于，所述基于所述携带消息节点与转发消息的邻居节点的预测效用值为转发消息的邻居节点分配消息副本，根据以下公式得到：

L_i表示为第i个节点分配的副本数量，L_n表示所述携带消息节点的消息副本数量，其中L_n＞1，U_i表示携带数据节点与第i个邻居节点的预测效用值，U_f表示携带消息节点与第f个邻居节点的预测效用值。

8.一种路由装置，其特征在于，包括：

预测模块，其设置为预测携带消息节点在下一时刻的位置信息；

计算模块，其设置为基于所述携带消息节点在下一时刻的位置信息计算所述携带消息节点与各邻居节点的预测效用值；以及，

选择模块，其设置为选择出所述携带消息节点与各邻居节点中预测效用值最大的邻居节点进行消息转发。

9.一种终端设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据权利要求1至7中任一项中所述的路由方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，所述处理器执行根据权利要求1至7中任一项所述的路由方法。

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