CN114710820A - 一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法 - Google Patents

一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法 Download PDF

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CN114710820A CN202210163613.1A CN202210163613A CN114710820A CN 114710820 A CN114710820 A CN 114710820A CN 202210163613 A CN202210163613 A CN 202210163613A CN 114710820 A CN114710820 A CN 114710820A
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姚信威
陈一玮
赵凯
伍奕
杨烨栋
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Abstract

本发明涉及一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法，纳米网络内分布设置若干纳米网关节点和若干纳米节点；以每个纳米节点不间断获取周围其他纳米节点的相对位置，进而获得此纳米节点在不同时刻的移动状态，并基于纳米网关节点的周期性发送的探测数据包，获得所有纳米节点的索引值index，用于选择最优纳米节点作为传递数据的候选节点。本发明高效、可靠，可以使得在纳米网络中移动的纳米节点高效快速地转发数据包到目的纳米网关节点，减少能量的消耗，减少数据传输时延，充分利用纳米节点在纳米网络环境中的移动性作为选择候选节点的衡量标准，利用节点的局部移动性提高纳米网关节点、纳米节点之间数据包转发的效率，提高能量利用率。

Description

一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法
技术领域
本发明涉及通信路由或通信路径查找的技术领域，特别涉及一种纳米网络路由通信或路径查找领域的适用于纳米网络的流引导机会路由方法。
背景技术
纳米网络和信息技术、生物技术一起被公认为21世纪社会发展的三大技术，在生物、医学、材料、军事、环境领域中有着非常广阔的应用前景；随着纳米物联网的快速发展，无线纳米网络技术已被运用在多种体内医疗服务场景，人体内纳米网络成为新的研究热点，例如体内药物管理，癌细胞监测，神经元疾病治疗等，可以在微观的状态下实现传统宏观传感器设备所不具备的精度与速度。
由于纳米节点能量存储较小、传输距离有限等特性，无线纳米传感网络的通信协议的设计显得至关重要，其能够有效提升信息的传输效率。
目前针对特殊场景的纳米网络，包括人体环境，以能量问题为中心提出了许多路由协议，但一般都忽略了纳米节点的移动性、传输成功率、有限的网络资源和计算资源等问题产生的影响，尤其是复杂的纳米网络环境下，纳米节点的通信范围有限，纳米节点的移动性是影响路由协议性能的关键因素，例如纳米网络环境中其他不相干物质的干扰、非预期的动态变化等，纳米节点的移动方向和速度并非统一平稳；而传统的机会路由缺少对纳米节点移动性的考虑，造成能量的浪费，数据传输效率低下，无法运用于纳米网络环境中不断流动变化的环境。
发明内容
鉴于上述提出的背景与技术，本发明的目的在于提供一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法，解决传统机会路由协议缺乏对实际应用场景移动性因素进行考虑的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法，所述纳米网络内分布设有若干纳米网关节点和若干纳米节点；
任一所述纳米节点不间断获取在其通讯范围内的其他纳米节点的相对位置信息，进而获得此纳米节点在不同时刻的移动状态；
基于纳米网关节点的周期性发送的探测数据包，获得所有纳米节点的索引值index，用于选择最优纳米节点作为传递数据的候选节点。
优选地，所述方法包括以下步骤：
步骤1：纳米网关节点周期性发送带有indexg值的探测数据包；
步骤2：任一纳米节点n收到探测数据包，更新自身索引值index并周期性广播；
步骤3：任一纳米节点n获取在其通讯范围内的其他纳米节点的索引值index并计算均值，基于均值判断在其通讯范围内的其他纳米节点的移动情况；若此纳米节点n的移动方向与纳米网关节点传输信息的方向一致，则进行下一步，否则纳米网关节点不转发目标数据包，返回步骤2；
步骤4：判断任一纳米节点n的通讯范围内是否存在移动更快的其他纳米节点，若不存在，则纳米网关节点以纳米节点n作为候选节点，转发目标数据包，否则选择移动更快的其他纳米节点作为候选节点，转发目标数据包；
步骤5：判断目标数据包是否到达目的纳米网关节点，若目标数据包没有到达目的网关则返回步骤2，直至目标数据包成功到达目的纳米网关节点。
优选地，所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1：将纳米网关节点的探测数据包初始化，探测数据包的索引值indexg初始化为0并被发送；
步骤1.2：探测数据包的索引值indexg周期性增长，纳米网关节点周期性发送对应时刻的探测数据包。
优选地，所述步骤2包括以下步骤：
步骤2.1：纳米节点n收到含有索引值indexg的探测数据包，将探测数据包的索引值indexg更新为自身的索引值index；
步骤2.2：纳米节点n周期性广播包含自身的索引值index的探测包。
优选地，所述步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：纳米节点n通过不断接收在其通讯范围内的其他纳米节点广播的探测数据包，获取其他纳米节点的索引值index；
步骤3.2：纳米节点n计算在通讯范围内的其他纳米节点的所有索引值index的均值，记作
Figure BDA0003515706590000031
步骤3.3：纳米节点n计算
Figure BDA0003515706590000032
在一个探测数据包周期内的变化率，记作
Figure BDA0003515706590000033
步骤3.4：根据纳米节点n计算的
Figure BDA0003515706590000034
判断纳米节点n与在通讯范围内的其他纳米节点的相对运动情况，基于运动情况反映纳米节点n相对于纳米网关节点的移动变化。
优选地，所述步骤3.3中，
Figure BDA0003515706590000035
其中，t1为当前周期结束时刻，t2为当前周期起始时刻，
Figure BDA0003515706590000036
为当前周期结束时刻时的
Figure BDA0003515706590000037
和当前周期起始时刻时的
Figure BDA0003515706590000038
之差。
优选地，所述步骤3.4中，
若纳米节点n的
Figure BDA0003515706590000039
大于0，则纳米节点n的移动方向与纳米网关节点传输信息的方向一致，则进行步骤4；
若纳米节点n的
Figure BDA00035157065900000310
小于0，则纳米节点n的移动方向与纳米网关节点传输信息的方向相反，纳米网关节点不转发目标数据包，返回步骤2。
优选地，所述步骤4中，
若在纳米节点n的通讯范围内，存在
Figure BDA00035157065900000311
值大于纳米节点n的
Figure BDA00035157065900000312
值的一个或多个其他纳米节点m，则认为其他纳米节点m的移动方向与纳米网关节点传输信息方向一致，且移动速度比纳米节点n更快，选择一个或多个其他纳米节点m作为候选节点；
若在纳米节点n的通讯范围内，不存在
Figure BDA00035157065900000313
值大于纳米节点n的
Figure BDA00035157065900000314
值的其他纳米节点，则选择纳米节点n作为候选节点，但若存在一个或多个其他纳米节点m的
Figure BDA0003515706590000041
大于等于0且不大于纳米节点n的
Figure BDA0003515706590000042
值，则选择一个或多个其他纳米节点m作为候选节点。
本发明提供了一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法，纳米网络内分布设置若干纳米网关节点和若干纳米节点；以每个纳米节点不间断获取周围其他纳米节点的相对位置，进而获得此纳米节点在不同时刻的移动状态，并基于纳米网关节点的周期性发送的探测数据包，获得所有纳米节点的索引值index，用于选择最优纳米节点作为传递数据的候选节点。
本发明充分考虑纳米节点在纳米网络环境中不断获得周围其他纳米节点的相对位置，跟踪纳米节点的移动情况，同时考虑到流引导和纳米网关节点周期性发送不断更新索引值index的探测数据包、移动纳米节点的索引值index呈现沿着流方向递减的总体性规律，选择更合适的纳米节点作为候选节点用于传递数据。
本发明高效、可靠，可以使得在纳米网络中移动的纳米节点高效快速地转发数据包到目的纳米网关节点，减少能量的消耗，减少数据传输时延，充分利用纳米节点在纳米网络环境中的移动性作为选择候选节点的衡量标准，利用节点的局部移动性提高纳米网关节点、纳米节点之间数据包转发的效率，提高能量利用率。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明的纳米节点和纳米网关节点的分布示意图，以箭头代表纳米网络整体移动的大方向，以圆点表示纳米节点，数字代表当前纳米节点的索引值index，以半圆圈表示一个纳米网关节点的通信范围。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细描述，但本发明的保护范围不限于此。
本发明涉及一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法，所述纳米网络内分布设有若干纳米网关节点和若干纳米节点；
任一所述纳米节点不间断获取在其通讯范围内的其他纳米节点的相对位置信息，进而获得此纳米节点在不同时刻的移动状态；
基于纳米网关节点的周期性发送的探测数据包，获得所有纳米节点的索引值index，用于选择最优纳米节点作为传递数据的候选节点。
本发明中，纳米网络内分布设置若干纳米网关节点和若干纳米节点，纳米网络环境中，纳米节点移动，构成移动流，并在纳米节点移动的过程中，实现数据或信息的传递，为中转用；纳米网关节点则作为数据或信息的出发点或目的地存在。
本发明中，以纳米节点不间断获取周围其他纳米节点的相对位置，进而获得此纳米节点在不同时刻的移动状态，方法讨论纳米节点n，但事实上所有的纳米节点在跟踪计算过程中地位等同。
本发明中，纳米网关节点周期性发送的探测数据包，基于预设的规则选择最优纳米节点作为传递数据的候选节点，直至数据被传输至目的纳米网关节点；应用中，以纳米节点的移动速度作为判断最优的标准，本领域技术人员可以依据需求进行其他合理的条件设置。
本发明在排除其他外部因素的前提下，可以应用于人体内局部的纳米网络环境。
本发明中，实施例中的周期一般设置为0.01s，此数值可以由本领域技术人员基于需求自行设置。
所述方法包括以下步骤：
步骤1：纳米网关节点周期性发送带有indexg值的探测数据包；
所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1：将纳米网关节点的探测数据包初始化，探测数据包的索引值indexg初始化为0并被发送；
步骤1.2：探测数据包的索引值indexg周期性增长，纳米网关节点周期性发送对应时刻的探测数据包。
本发明中，纳米网关节点的探测数据包中的索引值indexg初始化为0，索引值indexg周期性递增，纳米网关节点周期性发送包含索引值indexg的探测数据包，基于此，由于纳米节点的移动性，纳米网关节点的索引值indexg上升后将附给最新接收的纳米节点，故对于纳米节点来说，其索引值index呈现沿着流方向递减的总体性规律，根据该值可以判断索引值index与对应的纳米网关节点的相对距离。
步骤2：任一纳米节点n收到探测数据包，更新自身索引值index并周期性广播；
所述步骤2包括以下步骤：
步骤2.1：纳米节点n收到含有索引值indexg的探测数据包，将探测数据包的索引值indexg更新为自身的索引值index；
步骤2.2：纳米节点n周期性广播包含自身的索引值index的探测包。
步骤3：任一纳米节点n获取在其通讯范围内的其他纳米节点的索引值index并计算均值，基于均值判断在其通讯范围内的其他纳米节点的移动情况；若此纳米节点n的移动方向与纳米网关节点传输信息的方向一致，则进行下一步，否则纳米网关节点不转发目标数据包，返回步骤2；
所述步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：纳米节点n通过不断接收在其通讯范围内的其他纳米节点广播的探测数据包，获取其他纳米节点的索引值index；
步骤3.2：纳米节点n计算在通讯范围内的其他纳米节点的所有索引值index的均值，记作
Figure BDA0003515706590000061
步骤3.3：纳米节点n计算
Figure BDA0003515706590000062
在一个探测数据包周期内的变化率，记作
Figure BDA0003515706590000063
所述步骤3.3中，
Figure BDA0003515706590000064
其中，t1为当前周期结束时刻，t2为当前周期起始时刻，
Figure BDA0003515706590000065
为当前周期结束时刻时的
Figure BDA0003515706590000066
和当前周期起始时刻时的
Figure BDA0003515706590000067
之差。
步骤3.4：根据纳米节点n计算的
Figure BDA0003515706590000071
判断纳米节点n与在通讯范围内的其他纳米节点的相对运动情况，基于运动情况反映纳米节点n相对于纳米网关节点的移动变化。
所述步骤3.4中，
若纳米节点n的
Figure BDA0003515706590000072
大于0，则纳米节点n的移动方向与纳米网关节点传输信息的方向一致，则进行步骤4；
若纳米节点n的
Figure BDA0003515706590000073
小于0，则纳米节点n的移动方向与纳米网关节点传输信息的方向相反，纳米网关节点不转发目标数据包，返回步骤2。
本发明中，
Figure BDA0003515706590000074
的变化可以反映纳米节点相对于纳米网关节点的移动方向的变化，只有当纳米节点的移动方向与纳米网关节点传输信息方向一致时才是有继续利用的价值的，可以进一步根据移动速度考虑是否选择当前纳米节点作为候选节点。
步骤4：判断任一纳米节点n的通讯范围内是否存在移动更快的其他纳米节点，若不存在，则纳米网关节点以纳米节点n作为候选节点，转发目标数据包，否则选择移动更快的其他纳米节点作为候选节点，转发目标数据包；
所述步骤4中，
若在纳米节点n的通讯范围内，存在
Figure BDA0003515706590000075
值大于纳米节点n的
Figure BDA0003515706590000076
值的一个或多个其他纳米节点m，则认为其他纳米节点m的移动方向与纳米网关节点传输信息方向一致，且移动速度比纳米节点n更快，选择一个或多个其他纳米节点m作为候选节点；
若在纳米节点n的通讯范围内，不存在
Figure BDA0003515706590000077
值大于纳米节点n的
Figure BDA0003515706590000078
值的其他纳米节点，则选择纳米节点n作为候选节点，但若存在一个或多个其他纳米节点m的
Figure BDA0003515706590000079
大于等于0且不大于纳米节点n的
Figure BDA00035157065900000710
值，则选择一个或多个其他纳米节点m作为候选节点。
本发明中，以移动快来作为候选节点的优选条件，以
Figure BDA00035157065900000711
判断周围是否存在移动速度更快的纳米节点，若存在，说明周围存在其他与纳米网关节点传输信息方向一致且运动速度更快的其他纳米节点，则进行候选节点的选择。
本发明中，在纳米节点n的
Figure BDA0003515706590000081
值大于其他纳米节点的情况中，有一种特殊情况是存在一个或多个其他纳米节点m的
Figure BDA0003515706590000082
等于0，由于本方法的根本目的是为了提高数据包转发成功的概率，故此时选择一个或多个运动方向与纳米网管节点传输信息方向一致的其他纳米节点m都作为候选节点，即有更多的节点携带信息，进而实现提高数据包转发成功的概率的目的。
步骤5：判断目标数据包是否到达目的纳米网关节点，若目标数据包没有到达目的网关则返回步骤2，直至目标数据包成功到达目的纳米网关节点。

Claims (8)

1.一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法，其特征在于：所述纳米网络内分布设有若干纳米网关节点和若干纳米节点；
任一所述纳米节点不间断获取在其通讯范围内的其他纳米节点的相对位置信息，进而获得此纳米节点在不同时刻的移动状态；
基于纳米网关节点的周期性发送的探测数据包，获得所有纳米节点的索引值index，用于选择最优纳米节点作为传递数据的候选节点。
2.根据权利要求1所述的一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
步骤1：纳米网关节点周期性发送带有indexg值的探测数据包；
步骤2：任一纳米节点n收到探测数据包，更新自身索引值index并周期性广播；
步骤3：任一纳米节点n获取在其通讯范围内的其他纳米节点的索引值index并计算均值，基于均值判断在其通讯范围内的其他纳米节点的移动情况；若此纳米节点n的移动方向与纳米网关节点传输信息的方向一致，则进行下一步，否则纳米网关节点不转发目标数据包，返回步骤2；
步骤4：判断任一纳米节点n的通讯范围内是否存在移动更快的其他纳米节点，若不存在，则纳米网关节点以纳米节点n作为候选节点，转发目标数据包，否则选择移动更快的其他纳米节点作为候选节点，转发目标数据包；
步骤5：判断目标数据包是否到达目的纳米网关节点，若目标数据包没有到达目的网关则返回步骤2，直至目标数据包成功到达目的纳米网关节点。
3.根据权利要求2所述的一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法，其特征在于：所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1：将纳米网关节点的探测数据包初始化，探测数据包的索引值indexg初始化为0并被发送；
步骤1.2：探测数据包的索引值indexg周期性增长，纳米网关节点周期性发送对应时刻的探测数据包。
4.根据权利要求2所述的一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法，其特征在于：所述步骤2包括以下步骤：
步骤2.1：纳米节点n收到含有索引值indexg的探测数据包，将探测数据包的索引值indexg更新为自身的索引值index；
步骤2.2：纳米节点n周期性广播包含自身的索引值index的探测包。
5.根据权利要求2所述的一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法，其特征在于：所述步骤3包括以下步骤：
步骤3.1：纳米节点n通过不断接收在其通讯范围内的其他纳米节点广播的探测数据包，获取其他纳米节点的索引值index；
步骤3.2：纳米节点n计算在通讯范围内的其他纳米节点的所有索引值index的均值，记作
Figure FDA0003515706580000021
步骤3.3：纳米节点n计算
Figure FDA0003515706580000022
在一个探测数据包周期内的变化率，记作
Figure FDA0003515706580000023
步骤3.4：根据纳米节点n计算的
Figure FDA0003515706580000031
判断纳米节点n与在通讯范围内的其他纳米节点的相对运动情况，基于运动情况反映纳米节点n相对于纳米网关节点的移动变化。
6.根据权利要求5所述的一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法，其特征在于：所述步骤3.3中，
Figure FDA0003515706580000032
其中，t1为当前周期结束时刻，t2为当前周期起始时刻，
Figure FDA0003515706580000033
为当前周期结束时刻时的
Figure FDA0003515706580000034
和当前周期起始时刻时的
Figure FDA0003515706580000035
之差。
7.根据权利要求5所述的一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法，其特征在于：所述步骤3.4中，
若纳米节点n的
Figure FDA0003515706580000036
大于0，则纳米节点n的移动方向与纳米网关节点传输信息的方向一致，则进行步骤4；
若纳米节点n的
Figure FDA0003515706580000037
小于0，则纳米节点n的移动方向与纳米网关节点传输信息的方向相反，纳米网关节点不转发目标数据包，返回步骤2。
8.根据权利要求2所述的一种适用于纳米网络的流引导机会路由方法，其特征在于：所述步骤4中，
若在纳米节点n的通讯范围内，存在
Figure FDA0003515706580000038
值大于纳米节点n的
Figure FDA0003515706580000039
值的一个或多个其他纳米节点m，则认为其他纳米节点m的移动方向与纳米网关节点传输信息方向一致，且移动速度比纳米节点n更快，选择一个或多个其他纳米节点m作为候选节点；
若在纳米节点n的通讯范围内，不存在
Figure FDA00035157065800000310
值大于纳米节点n的
Figure FDA00035157065800000311
值的其他纳米节点，则选择纳米节点n作为候选节点，但若存在一个或多个其他纳米节点m的
Figure FDA0003515706580000041
大于等于0且不大于纳米节点n的
Figure FDA0003515706580000042
值，为了提高数据包转发的概率，则选择一个或多个其他纳米节点m作为候选节点。
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