CN111970731B - 一种基于节点信誉的Spray and Wait移动机会网络路由方法 - Google Patents

一种基于节点信誉的Spray and Wait移动机会网络路由方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于节点信誉的Spray and Wait移动机会网络路由方法，包括以下步骤：S1、节点vi产生消息md时，通过基于节点信誉的动态消息副本控制策略对消息初始副本进行动态控制；S2、节点vi遇到节点vj时，判断节点vj是否为目的节点d，若不是，则采用向节点信誉度更高的节点传递的策略进行消息传递；S3、判断节点vj与消息md的目的节点d的信誉度是否高于节点vi与消息md的目的节点d的信誉度，若是，则将消息md转发给节点vj；S4、重复执行向节点信誉度更高的节点传递的策略，直到消息md被传递到目的节点d；S5、消息发送成功后，执行拥塞控制策略，删除网络中的该消息副本。本发明在投递率以及网络开销指标上取得了明显的进步。

Description

一种基于节点信誉的Spray and Wait移动机会网络路由方法
技术领域
本发明涉及移动机会网络领域，尤其涉及一种基于节点信誉的Spray and Wait移动机会网络路由方法。
背景技术
有关于传统网络的研究一直建立在源节点与目的节点之间有一条稳定的通讯链路的假设基础上。然而现实环境中，当基础设施遭到严重破坏或基础设施建设不全、很难部署的时候，传统网络便不再适用。在传统网络不再适用的情况下，为了解决数据传输等问题，移动机会网络的研究便显得尤为重要。
移动机会网络(Mobile Opportunistic Network)源于容迟网络(Delay-TolerantNetwork，DTN)和移动自组网(Mobile Ad-Hoc Networking，MANET)。传统的MANET通信模式现在传输用户数据前，需要先通过AODV(ad-hoc on-demand distance vector)或者DSR(dynamic source routing)等路由算法建立通信端点之间的路由，根据节点路由表中确定的下一跳节点将数据分组转发到目的节点。但是这种路由模式建立在网络大部分是连通的基础之上，当节点之间不存在至少一条端到端的通信路径时便无法使用该路由模式。移动机会网络是一种不需要源节点和目标节点之间存在完整链路，利用节点移动带来的相遇机会实现通信的无线自组织网络。
容迟网络起源于20世纪初对于星际网络的研究，主要目的在于解决星球之间的通信问题。在容迟网络中，因为节点运动频繁、节点能量受限以及节点分布稀疏，导致网络中节点与节点之间不能维持稳定的传输链路。容迟网络中主要采用“存储——携带——转发”的消息交换机制，当节点从别的节点收到消息后，将消息副本保存在缓存中，等到合适的时机去转发给其它中继节点。
移动机会网络特殊的路由模式使得其对于基础设施的依赖程度很低，可以在各种恶劣条件下实现，正逐渐引起学术界以及工业界的重视，并渐渐成为一个热门的研究方向。由于移动机会网络中有诸多不确定因素，例如链路状态、网络拓扑结构等，使得移动机会网络成为一种缺乏稳定端到端通信链路的新型网络体系结构。由于目的节点与源节点之间没有稳定的固定传输路径，并且节点的能量、缓存大小也有限，这导致消息投递率很低，传输的时延也很长。移动机会网络的路由算法研究便是为了解决上述问题，也是研究的热点问题。
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，提供一种基于节点信誉的Spray and 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信誉的Spray and Wait移动机会网络路由方法，在移动机会网络中，节点间进行消息传递时，根据节点与消息目的节点的信誉度，将消息传递给中继节点，并且通过对节点信誉度的参考去计算节点产生消息的消息效用值；通过该方法将节点vi产生的消息md通过节点vj转发给目的节点d；该方法包括以下步骤：
S1、节点vi产生消息md时，通过基于节点信誉的动态消息副本控制策略对消息初始副本进行动态控制，该策略中比较节点vi到消息md的目的节点d的信誉度与平均节点信誉度，得到消息初始副本数；
S2、对消息md的消息副本进行消息传递，节点vi遇到节点vj时，判断节点vj是否为目的节点d，若是，则传递给目的节点d，消息发送成功；若不是，则采用向节点信誉度更高的节点传递的策略进行消息传递；
S3、向节点信誉度更高的节点传递的策略中，节点vi遇到节点vj时，判断节点vj与消息md的目的节点d的信誉度是否高于节点vi与消息md的目的节点d的信誉度，若不是，则不将消息md转发给节点vj；若是，则将节点vj作为中继节点，将消息md转发给节点vj；
S4、重复执行向节点信誉度更高的节点传递的策略，直到消息md被传递到目的节点d，消息发送成功；
S5、消息发送成功后，执行拥塞控制策略，删除网络中的该消息副本。
进一步地，本发明的该方法中还包括基于消息质量的消息丢弃策略，具体为：
当节点vj的缓存占满的时候对其执行此策略，对携带的消息md进行消息质量评估，对节点内的消息按照消息丢弃策略寻找一个最优的丢弃组合，进行消息丢弃。
进一步地，本发明的步骤S1中通过基于节点信誉的动态消息副本控制策略，具体为：
基于节点信誉的动态消息副本控制中，每个节点都建立一张节点信誉度表，当节点与任意节点直接接触后，都会更新节点信誉度表中的信息，从而通过节点信誉度去动态控制消息副本。
进一步地，本发明的步骤S1中动态控制消息副本的具体方法为：
节点产生任意消息md后，与节点内存储的信誉度均值Avgd进行比较，根据节点信誉度NRid与信誉度均值Avgd的大小结果，计算出消息初始副本数nrofd；计算公式如下所示：
nrofd＝num-num×(NRid-Avgd)(NRid＞Avgd且nrof≥num/2)
nrofd＝num(NRid≤Avgd)
其中，num表示消息最大副本数。
进一步地，本发明的该方法中计算节点信誉度的具体方法为：
每个节点vi与其它节点vj的信誉度值大小NPij，其中NPij计算分为三个部分：相遇效用EU，目的效用PU，缓存效用BU；计算公式如下所示：
NRij＝PE×EUi+PP×PUij+PB×BUi
PX＝XU/(EU+PU+BU)
其中，PE，PP，PB，分别表示相遇效用EU，目的效用PU，缓存效用BU的权重，PX与XU中的X表示上述的各个效用的代号，即E，P，B；
进一步地，本发明的相遇效用EU，目的效用PU，缓存效用BU的计算公式为：
相遇效用EUvi计算公式如下所示：
Figure BDA0002652731240000041
由于相遇效用设计的具有一定的时效性，所以其计算分为当前时段的相遇效用值计算，以及前一时段的相遇效用计算；其中，a表示权重分比，视具体情况进行设定，数值在0到1之间；Cc表示全局设定的相遇次数的常量，用于标准化数值；Cij表示节点vi与节点vj相遇次数；EUiold表示上一次节点相遇效用的计算数值，初始设定为0；
目的效用计算公式如下所示：
目的效用的相遇更新，发生在与目的节点相遇时：
PUij＝PU(ij)old+(1-PU(ij)old)×PUinit
目的效用的衰减更新，发生在没有与目的节点相遇时：
PUij＝PU(ij)old×γt
目的效用的传递更新，发生在与别的节点相遇时：
PUir＝PU(ir)old+(1-PU(ir)old)×PUij×PUjr×β
其中，PU(ij)old与PU(ir)old表示之前的目的效用；PUinit表示初始的目的效用；rt表示之前的衰减因子，小于1大于0；β表示传递因子；
缓存效用计算公式如下所示：
Figure BDA0002652731240000042
其中，FreeBuffervi表示节点vi的剩余自由缓存大小，HostBuffer表示节点的总缓存大小。
进一步地，本发明的该方法中的基于消息质量的消息丢弃策略，具体为：
结合了网络中的消息副本参数与节点内的消息副本参数进行消息质量计算，消息丢弃策略是采用了背包策略的思想寻找删除足够缓存情况下，消息质量和最小的组合；背包策略具体为：
当新消息new进入缓存并且没有足够缓存提供给它时，算法将缓存中所有消息质量度低于新消息new的消息质量度的旧消息old找出，并找寻提供出足够大的缓存大小的同时，能删除最低消息质量度MQ的最佳组合。
进一步地，本发明的构建消息质量的计算方法为：
网络副本参数由两个方面构成：一是网络中的消息副本总数，二是消息副本经过的总跳数；其中消息副本经过的总跳数HOPSd计算公式如下：
Figure BDA0002652731240000051
其中，hopsd表示消息经过节点数量，nodes表示网络中节点总数；
而计算公式如下：
Figure BDA0002652731240000052
其中，nrofd表示消息初始副本数，num表示消息最大副本数；
消息副本参数也由两个方面构成：一是消息的剩余生存时间，二是消息占用缓存大小；消息副本参数MPd计算公式如下：
Figure BDA0002652731240000053
其中，td表示消息剩余生存时间，TTL表示初始设定的消息最大生存时间，bufferd表示消息所占缓存大小，BUFFER表示消息最大可占缓存大小；
整体消息质量度MQd计算公式如下：
Figure BDA0002652731240000054
其中，NPd表示整体网络副本参数，MPd表示消息副本参数，nrofd表示消息初始副本数，num表示消息最大副本数。
本发明产生的有益效果是：本发明的基于节点信誉的Spray and Wait移动机会网络路由方法，在投递率以及网络开销指标上取得了明显的进步。其中消息目的节点信誉度更高的节点传递的策略可以帮助节点更好的选择中继节点，同时由于其节点信誉度评估时的指标具有一定的时效性，可以很好的反应该段时间内的节点信誉度高低；而基于节点信誉的动态消息副本控制策略，可以根据节点产生消息时节点自身的信誉度高低去决定消息副本的数量，从而动态控制缓存，降低网络负担；在这之后，基于消息质量的消息丢弃策略根据消息质量大小，采用背包策略进行节点缓存规划，选出丢弃的消息。
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是本发明的基于节点信誉的喷射策略(NR-SS算法)流程图；
图2是本发明的基于节点信誉的喷射策略(NR-SS算法)伪代码；
图3是本发明丢弃策略整体伪代码；
图4是本发明的整体算法(NR-S&W算法)流程图；
图5是本发明整体算法(NR-S&W算法)伪代码。
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、图3所示，本发明实施例的基于节点信誉的Spray and Wait移动机会网络路由方法，在移动机会网络中，节点间进行消息传递时，根据节点与消息目的节点的信誉度，将消息传递给中继节点，并且通过对节点信誉度的参考去计算节点产生消息的消息效用值；通过该方法将节点vi产生的消息md通过节点vj转发给目的节点d；该方法包括以下步骤：
S1、节点vi产生消息md时，通过基于节点信誉的动态消息副本控制策略对消息初始副本进行动态控制，该策略中比较节点vi到消息md的目的节点d的信誉度与平均节点信誉度，得到消息初始副本数；
S2、对消息md的消息副本进行消息传递，节点vi遇到节点vj时，判断节点vj是否为目的节点d，若是，则传递给目的节点d，消息发送成功；若不是，则采用向节点信誉度更高的节点传递的策略进行消息传递；
S3、向节点信誉度更高的节点传递的策略中，节点vi遇到节点vj时，判断节点vj与消息md的目的节点d的信誉度是否高于节点vi与消息md的目的节点d的信誉度，若不是，则不将消息md转发给节点vj；若是，则将节点vj作为中继节点，将消息md转发给节点vj；
S4、重复执行向节点信誉度更高的节点传递的策略，直到消息md被传递到目的节点d，消息发送成功；
S5、消息发送成功后，执行拥塞控制策略，删除网络中的该消息副本。
该方法中还包括基于消息质量的消息丢弃策略，具体为：
当节点vj的缓存占满的时候对其执行此策略，对携带的消息md进行消息质量评估，对节点内的消息按照消息丢弃策略寻找一个最优的丢弃组合，进行消息丢弃。
步骤S1中通过基于节点信誉的动态消息副本控制策略，具体为：
基于节点信誉的动态消息副本控制中，每个节点都建立一张节点信誉度表，当节点与任意节点直接接触后，都会更新节点信誉度表中的信息，从而通过节点信誉度去动态控制消息副本。
步骤S1中动态控制消息副本的具体方法为：
节点产生任意消息md后，与节点内存储的信誉度均值Avgd进行比较，根据节点信誉度NRid与信誉度均值Avgd的大小结果，计算出消息初始副本数nrofd；计算公式如下所示：
nrofd＝num-num×(NRid-Avgd)(NRid＞Avgd且nrof≥num/2)
nrofd＝num(NRid≤Avgd)
其中，num表示消息最大副本数。
该方法中计算节点信誉度的具体方法为：
每个节点vi与其它节点vj的信誉度值大小NPij，其中NPij计算分为三个部分：相遇效用EU，目的效用PU，缓存效用BU；计算公式如下所示：
NRij＝PE×EUi+PP×PUij+PB×BUi
PX＝XU/(EU+PU+BU)
其中，PE，PP，PB，分别表示相遇效用EU，目的效用PU，缓存效用BU的权重，PX与XU中的X表示上述的各个效用的代号，即E，P，B；
相遇效用EU，目的效用PU，缓存效用BU的计算公式为：
相遇效用EUvi计算公式如下所示：
Figure BDA0002652731240000081
由于相遇效用设计的具有一定的时效性，所以其计算分为当前时段的相遇效用值计算，以及前一时段的相遇效用计算。其中，a表示权重分比，视具体情况进行设定，数值在0到1之间；Cc表示全局设定的相遇次数的常量，用于标准化数值；Cij表示节点vi与节点vj相遇次数；EUiold表示上一次节点相遇效用的计算数值，初始设定为0；
目的效用计算公式如下所示：
目的效用的相遇更新，发生在与目的节点相遇时：
PUij＝PU(ij)old+(1-PU(ij)old)×PUinit
目的效用的衰减更新，发生在没有与目的节点相遇时：
PUij＝PU(ij)old×γt
目的效用的传递更新，发生在与别的节点相遇时：
PUir＝PU(ir)old+(1-PU(ir)old)×PUij×PUjr×β
其中，PU(ij)old与PU(ir)old表示之前的目的效用；PUinit表示初始的目的效用；rt表示之前的衰减因子，小于1大于0；β表示传递因子；
缓存效用计算公式如下所示：
Figure BDA0002652731240000082
其中，FreeBuffervi表示节点vi的剩余自由缓存大小，HostBuffer表示节点的总缓存大小。
该方法中的基于消息质量的消息丢弃策略，具体为：
结合了网络中的消息副本参数与节点内的消息副本参数进行消息质量计算，消息丢弃策略是采用了背包策略的思想寻找删除足够缓存情况下，消息质量和最小的组合；背包策略具体为：
当新消息new进入缓存并且没有足够缓存提供给它时，算法将缓存中所有消息质量度低于新消息new的消息质量度的旧消息old找出，并找寻提供出足够大的缓存大小的同时，能删除最低消息质量度MQ的最佳组合。
构建消息质量的计算方法为：
网络副本参数由两个方面构成：一是网络中的消息副本总数，二是消息副本经过的总跳数；其中消息副本经过的总跳数HOPSd计算公式如下：
Figure BDA0002652731240000091
其中，hopsd表示消息经过节点数量，nodes表示网络中节点总数；
而计算公式如下：
Figure BDA0002652731240000092
其中，nrofd表示消息初始副本数，num表示消息最大副本数；
消息副本参数也由两个方面构成：一是消息的剩余生存时间，二是消息占用缓存大小；消息副本参数MPd计算公式如下：
Figure BDA0002652731240000093
其中，td表示消息剩余生存时间，TTL表示初始设定的消息最大生存时间，bufferd表示消息所占缓存大小，BUFFER表示消息最大可占缓存大小；
整体消息质量度MQd计算公式如下：
Figure BDA0002652731240000094
其中，NPd表示整体网络副本参数，MPd表示消息副本参数，nrofd表示消息初始副本数，num表示消息最大副本数。
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 (5)

1.一种基于节点信誉的Spray and Wait移动机会网络路由方法，其特征在于，在移动机会网络中，节点间进行消息传递时，根据节点与消息目的节点的信誉度，将消息传递给中继节点，并且通过对节点信誉度的参考去计算节点产生消息的消息效用值；通过该方法将节点vi产生的消息md通过节点vj转发给目的节点d；该方法包括以下步骤：
S1、节点vi产生消息md时，通过基于节点信誉的动态消息副本控制策略对消息初始副本进行动态控制，该策略中比较节点vi到消息md的目的节点d的信誉度与平均节点信誉度，得到消息初始副本数；
S2、对消息md的消息副本进行消息传递，节点vi遇到节点vj时，判断节点vj是否为目的节点d，若是，则传递给目的节点d，消息发送成功；若不是，则采用向节点信誉度更高的节点传递的策略进行消息传递；
S3、向节点信誉度更高的节点传递的策略中，节点vi遇到节点vj时，判断节点vj与消息md的目的节点d的信誉度是否高于节点vi与消息md的目的节点d的信誉度，若不是，则不将消息md转发给节点vj；若是，则将节点vj作为中继节点，将消息md转发给节点vj；
S4、重复执行向节点信誉度更高的节点传递的策略，直到消息md被传递到目的节点d，消息发送成功；
S5、消息发送后如果节点内的缓存不够消息所占缓存大小，则使用基于消息质量的消息丢弃策略去进行消息丢弃的判断；
S6、消息发送成功后，执行拥塞控制策略，删除网络中的该消息副本；
步骤S1中通过基于节点信誉的动态消息副本控制策略，具体为：
基于节点信誉的动态消息副本控制中，每个节点都建立一张节点信誉度表，当节点与任意节点直接接触后，都会更新节点信誉度表中的信息，从而通过节点信誉度去动态控制消息副本；
步骤S1中动态控制消息副本的具体方法为：
节点产生任意消息md后，与节点内存储的信誉度均值Avgd进行比较，根据节点信誉度NRid与信誉度均值Avgd的大小结果，计算出消息初始副本数nrofd；计算公式如下所示：
nrofd＝num-num×(NRid-Avgd)(NRid>Avgd且nrof≥num/2)
nrofd＝num(NRid≤Avgd)
其中，num表示消息最大副本数；
该方法中计算节点信誉度的具体方法为：
每个节点vi与其它节点vj的信誉度值大小NPij，其中NPij计算分为三个部分：相遇效用EU，目的效用PU，缓存效用BU；计算公式如下所示：
NRij＝PE×EUi+PP×PUij+PB×BUi
PX＝XU/(EU+PU+BU)
其中，PE，PP，PB，分别表示相遇效用EU，目的效用PU，缓存效用BU的权重，PX与XU中的X表示上述的各个效用的代号，即E，P，B。
2.根据权利要求1所述的基于节点信誉的Spray and Wait移动机会网络路由方法，其特征在于，该方法中还包括基于消息质量的消息丢弃策略，具体为：
当节点vj的缓存占满的时候对其执行此策略，对携带的消息md进行消息质量评估，对节点内的消息按照消息丢弃策略寻找一个最优的丢弃组合，进行消息丢弃。
3.根据权利要求1所述的基于节点信誉的Spray and Wait移动机会网络路由方法，其特征在于，相遇效用EU，目的效用PU，缓存效用BU的计算公式为：
相遇效用EUi计算公式如下所示：
Figure FDA0003780631710000021
由于相遇效用设计的具有一定的时效性，所以其计算分为当前时段的相遇效用值计算，以及前一时段的相遇效用计算；其中，a表示权重分比，视具体情况进行设定，数值在0到1之间；Cc表示全局设定的相遇次数的常量，用于标准化数值；Cij表示节点vi与节点vj相遇次数；EUiold表示上一次节点相遇效用的计算数值，初始设定为0；
目的效用计算公式如下所示：
目的效用的相遇更新，发生在与目的节点相遇时：
PUij＝PU(ij)old+(1-PU(ij)old)×PUinit
目的效用的衰减更新，发生在没有与目的节点相遇时：
PUij＝PU(ij)old×γt
目的效用的传递更新，发生在与别的节点相遇时：
PUir＝PU(ir)old+(1-PU(ir)old)×PUij×PUjr×β
其中，PU(ij)old与PU(ir)old表示之前的目的效用；PUinit表示初始的目的效用；rt表示之前的衰减因子，小于1大于0；β表示传递因子；
缓存效用计算公式如下所示：
Figure FDA0003780631710000031
其中，FreeBuffervi表示节点vi的剩余自由缓存大小，HostBuffer表示节点的总缓存大小。
4.根据权利要求2所述的基于节点信誉的Spray and Wait移动机会网络路由方法，其特征在于，该方法中的基于消息质量的消息丢弃策略，具体为：
结合了网络中的消息副本参数与节点内的消息副本参数进行消息质量计算，消息丢弃策略是采用了背包策略的思想寻找删除足够缓存情况下，消息质量和最小的组合；背包策略具体为：
当新消息new进入缓存并且没有足够缓存提供给它时，算法将缓存中所有消息质量度低于新消息new的消息质量度的旧消息old找出，并找寻提供出足够大的缓存大小的同时，能删除最低消息质量度MQ的最佳组合。
5.根据权利要求4所述的基于节点信誉的Spray and Wait移动机会网络路由方法，其特征在于，构建消息质量的计算方法为：
网络副本参数由两个方面构成：一是网络中的消息副本总数，二是消息副本经过的总跳数；其中消息副本经过的总跳数HOPSd计算公式如下：
Figure FDA0003780631710000041
其中，hopsd表示消息经过节点数量，nodes表示网络中节点总数；
而计算公式如下：
Figure FDA0003780631710000042
其中，nrofd表示消息初始副本数，num表示消息最大副本数；
消息副本参数也由两个方面构成：一是消息的剩余生存时间，二是消息占用缓存大小；消息副本参数MPd计算公式如下：
Figure FDA0003780631710000043
其中，td表示消息剩余生存时间，TTL表示初始设定的消息最大生存时间，bufferd表示消息所占缓存大小，BUFFER表示消息最大可占缓存大小；
整体消息质量度MQd计算公式如下：
Figure FDA0003780631710000044
其中，NPd表示整体网络副本参数，MPd表示消息副本参数，nrofd表示消息初始副本数，num表示消息最大副本数。
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Application publication date: 20201120

Assignee: Hubei Yanchu Heyi Network Technology Co.,Ltd.

Assignor: CENTRAL CHINA NORMAL University

Contract record no.: X2023980042875

Denomination of invention: A Spread and Wait Mobile Opportunity Network Routing Method Based on Node Reputation

Granted publication date: 20220916

License type: Common License

Record date: 20231007