CN115086223A - 基于动态奖励机制的车载容迟网数据转发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于动态奖励机制的车载容迟网数据转发方法,包括:每个节点维护一张转发奖励值表,当携带数据报文的当前节点与某一节点相遇时,若相遇节点为目的节点,则将报文直接转发给该节点,并更新当前节点的累加动态奖励值,转发结束。若相遇节点为非目的节点,则比较当前节点和相遇节点转发给目的节点的累加动态奖励值,若相遇节点的累加动态奖励值更大,则将数据报文转发给相遇节点;否则,当前节点保留该报文。此时,无论是否进行数据报文转发,当前节点都要更新累加动态奖励值。本方法综合考虑了节点的度中心度和数据报文转发的路由跳数,从而能够获得更短的转发路径;较于现有的方法,本发明能够提升报文投递率,并减少网络开销。
Description
技术领域
本发明涉及车载移动容迟网络中路由协议的领域,尤其涉及一种基于动态奖励机制的车载容迟网数据转发方法。
背景技术
在一些特定的网络环境下,如星际网络,水下传感器网络,车辆Ad hoc网络,数据报文在传输过程中不能确保端到端的路径,这类网络被称为容迟网络Delay TolerantNetwork,DTN。在DTN网络中,由于端到端的路径是不存在的,容迟网中的路由策略只能依赖于节点自身的移动,所以报文的传递一般采用存储-携带-转发store-carry-and-forward模式来执行。车载容迟网Vehicular DTN Network作为一种新型的车辆通信网络,将车辆作为节点携带数据报文,节点间通过中继节点转发报文,实现了车辆与车辆之间Vehicle toVehicle、车辆与基础设施之间Vehicle to Infrastructure的数据交换。
目前已有的典型算法包括Epidemic和FirstContact等。Epidemic算法基于泛洪机制,每个节点都将报文副本传递给相遇的所有邻居节点,其优点是可以最大化的提升成功的投递率,降低延迟,缺点是会消耗大量的网络资源。而FirstContact算法的转发策略为只将报文副本传递给相遇的第一个节点,在网络中只存在一个报文副本,其优点是占用的网络资源较少,缺点是报文的投递率较低。另外,研究人员已提出多种基于先验信息的路由算法。比如,Lindgren等人在PROPHET算法中,根据节点相遇的次数定义了一个传输预测值用于衡量节点间报文传递的成功概率,并将此预测值作为其算法中报文的转发依据。Burgess等人在MaxProp算法中使用了基于节点相遇的先验概率来计算节点的最短路径。
发明内容
本发明的目的在于提供基于动态奖励机制的车载容迟网数据转发方法,以解决现有技术中数据报文传输时消耗网络资源量较大和数据报文的投递率较低的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:基于动态奖励机制的车载容迟网数据转发方法,基于车载容迟网络中各个节点、以及各个节点分别一一对应的一张转发奖励值表,执行以下步骤A至步骤H实现待转发数据报文m从当前节点到目的节点的最短路径转发;所述转发奖励值表的属性包括:节点标识ID、累加动态奖励值R,其中,节点标识为待转发数据报文m的目的节点的标识;
步骤A:基于车载容迟网络中的N个节点;初始化各个节点的累加动态奖励值为0,当前节点的累加动态奖励值R当前用于衡量当前节点将数据报文m转发给目的节点的能力,相遇节点的累加动态奖励值R相遇用于衡量相遇节点将数据报文m转发给目的节点的能力,随后进入步骤B;
步骤B:定义携带待转发数据报文m的当前节点所移向的下一节点为相遇节点,根据待转发数据报文m所对应的目的节点nd,判断该相遇节点是否为目的节点nd,是则进入步骤C,否则进入步骤D;
步骤C:由当前节点将待转发数据报文m转发给目的节点nd,更新当前节点的累计动态奖励值R当前(ID=nd),然后结束待转发数据报文m的转发;
步骤D:若该相遇节点未携带待转发数据报文m,则查找该当前节点的奖励值表,获得该当前节点转发给目的节点nd的累加动态奖励值R当前(ID=nd),同时请求相遇节点查找其奖励值表,并获得该相遇节点转发给目的节点nd的累加动态奖励值R相遇(ID=nd);随后进入步骤E;
步骤E:判断当前节点转发给目的节点的累加动态奖励值R当前(ID=nd)与该相遇节点转发给目的节点的累加动态奖励值R相遇(ID=nd)的大小,如果R当前(ID=nd)<R相遇(ID=nd),则进入步骤F,否则进入步骤G;
步骤F:由该当前节点将待转发数据报文m转发给该相遇节点;随后进入步骤H;
步骤G:由该当前节点继续携带待转发带数据报文m,随后进入步骤H;
步骤H:该当前节点按以下公式:
R当前(ID=nd)=R当前(ID=nd)+αr当前
进一步地,前述的步骤C中,包括以下步骤C1;
步骤C1:按如下公式:
R当前(ID=nd)=R当前(ID=nd)+αr当前,
更新当前节点的累计动态奖励值R当前(ID=nd);其中,α∈(0,1]为更新系数,r当前为当前节点获得的即时奖励:r当前=βD当前+(1-β)e-H,其中,为当前节点的度中心度,H为报文m从源节点到目的节点的路由跳数,β∈[0,1]为平衡因子。
本发明的数据报文转发方法是基于节点动态奖励值的,该动态奖励值同时考虑到了节点的度中心度和数据报文转发的路由跳数。这就意味着在进行路由决策时,该方法可以优先将数据报文转发给度中心度较高且跳数较少的下一跳节点,进而提升网络路由性能。
本发明具有以下优点及有益效果:
(1)本方法基于动态奖励值进行数据报文转发,该动态奖励值同时考虑到了节点的度中心度和数据报文转发的路由跳数,因此能获得更短的转发路径;
(2)本方法还设置了平衡因子β,能够灵活调节节点的度中心度和数据报文转发的路由跳数在动态奖励值中所占的比例,从而达到最佳的路由性能。
附图说明
图1为本发明方法对于车载容迟网络中任意一个报文的转发流程图。
具体实施方式
为了更了解本发明的技术内容,特举具体实施例并配合所附图式说明如下。
在本发明中参照附图来描述本发明的各方面,附图中示出了许多说明性实施例。本发明的实施例不局限于附图所述。应当理解,本发明通过上面介绍的多种构思和实施例,以及下面详细描述的构思和实施方式中的任意一种来实现,这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外,本发明公开的一些方面可以单独使用,或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。
如图1所示,基于动态奖励机制的车载容迟网数据转发方法,基于车载容迟网络中各个节点、以及各个节点分别一一对应的一张转发奖励值表,所述转发奖励值表的属性包括:节点标识ID、累加动态奖励值R,其中,节点标识为待转发数据报文m的目的节点的标识;执行以下步骤A至步骤H实现待转发数据报文m从当前节点到目的节点的最短路径转发;
步骤A:基于车载容迟网络中的N个节点;初始化各个节点的累加动态奖励值为0,当前节点的累加动态奖励值R当前用于衡量当前节点将数据报文m转发给目的节点的能力,相遇节点的累加动态奖励值R相遇用于衡量相遇节点将数据报文m转发给目的节点的能力,随后进入步骤B;
步骤B:定义携带待转发数据报文m的当前节点所移向的下一节点为相遇节点,根据待转发数据报文m所对应的目的节点nd,判断该相遇节点是否为目的节点nd,是则进入步骤C,否则进入步骤D;
步骤C:由当前节点将待转发数据报文m转发给目的节点nd,更新当前节点的累计动态奖励值R当前(ID=nd),然后结束待转发数据报文m的转发;
步骤D:若该相遇节点未携带待转发数据报文m,则查找该当前节点的奖励值表,获得该当前节点转发给目的节点nd的累加动态奖励值R当前(ID=nd),同时请求相遇节点查找其奖励值表,并获得该相遇节点转发给目的节点nd的累加动态奖励值R相遇(ID=nd);随后进入步骤E;
步骤E:判断当前节点转发给目的节点的累加动态奖励值R当前(ID=nd)与该相遇节点转发给目的节点的累加动态奖励值R相遇(ID=nd)的大小,如果R当前(ID=nd)<R相遇(ID=nd),则进入步骤F,否则进入步骤G;
步骤F:由该当前节点将待转发数据报文m转发给该相遇节点;随后进入步骤H;
步骤G:由该当前节点继续携待转发带数据报文m,随后进入步骤H;
步骤H:该当前节点按以下公式:
R当前(ID=nd)=R当前(ID=nd)+αr当前,
前述的步骤C中,包括以下步骤C1;
步骤C1:按如下公式:
R当前(ID=nd)=R当前(ID=nd)+αr当前,
更新当前节点的累计动态奖励值R当前(ID=nd);其中,α∈(0,1]为更新系数,r当前为当前节点获得的即时奖励:r当前=βD当前+(1-β)e-H,其中,为当前节点的度中心度,H为报文m从源节点到目的节点的路由跳数,β∈[0,1]为平衡因子。
假设车载容迟网络中共有N=7个节点,其中,当前节点n1为源节点,携带数据报文m,该数据报文的目的节点是n5,设α=0.25,β=0.75;
数据报文转发结束。
表1节点n1的转发奖励值表
节点标识(ID) | 累加奖励值(R) |
n<sub>1</sub> | --- |
n<sub>2</sub> | 4.5053 |
n<sub>3</sub> | 3.6710 |
n<sub>4</sub> | 2.8729 |
n<sub>5</sub> | 5.8707 |
n<sub>6</sub> | 1.4804 |
n<sub>7</sub> | 4.0628 |
表2节点n2的转发奖励值表
节点标识(ID) | 累加奖励值(R) |
n<sub>1</sub> | 3.5166 |
n<sub>2</sub> | --- |
n<sub>3</sub> | 4.1745 |
n<sub>4</sub> | 2.5673 |
n<sub>5</sub> | 6.5166 |
n<sub>6</sub> | 4.3835 |
n<sub>7</sub> | 2.3909 |
综上所述,本发明提出了一种基于动态奖励机制的车载容迟网转发方法,同时考虑到了节点的度中心度和数据报文转发的路由跳数,因此能获得更短的转发路径。该方法能够显著提升报文投递率,并降低网络开销。本方法基于动态奖励值进行数据报文转发,该动态奖励值同时考虑到了节点的度中心度和数据报文转发的路由跳数,因此能获得更短的转发路径;本方法还设置了平衡因子β,能够灵活调节节点的度中心度和数据报文转发的路由跳数在动态奖励值中所占的比例,从而达到最佳的路由性能。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰。因此,本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (2)
1.基于动态奖励机制的车载容迟网数据转发方法,基于车载容迟网络中各个节点、以及各个节点分别一一对应的一张转发奖励值表,其特征在于,执行以下步骤A至步骤H实现待转发数据报文m从当前节点到目的节点的最短路径转发;所述转发奖励值表的属性包括:节点标识ID、累加动态奖励值R,其中,节点标识为待转发数据报文m的目的节点的标识;
步骤A:基于车载容迟网络中的N个节点;初始化各个节点的累加动态奖励值为0,当前节点的累加动态奖励值R当前用于衡量当前节点将数据报文m转发给目的节点的能力,相遇节点的累加动态奖励值R相遇用于衡量相遇节点将数据报文m转发给目的节点的能力,随后进入步骤B;
步骤B:定义携带待转发数据报文m的当前节点所移向的下一节点为相遇节点,根据待转发数据报文m所对应的目的节点nd,判断该相遇节点是否为目的节点nd,是则进入步骤C,否则进入步骤D;
步骤C:由当前节点将待转发数据报文m转发给目的节点nd,更新当前节点的累计动态奖励值R当前(ID=nd),然后结束待转发数据报文m的转发;
步骤D:若该相遇节点未携带待转发数据报文m,则查找该当前节点的奖励值表,获得该当前节点转发给目的节点nd的累加动态奖励值R当前(ID=nd),同时请求相遇节点查找其奖励值表,并获得该相遇节点转发给目的节点nd的累加动态奖励值R相遇(ID=nd);随后进入步骤E;
步骤E:判断当前节点转发给目的节点的累加动态奖励值R当前(ID=nd)与该相遇节点转发给目的节点的累加动态奖励值R相遇(ID=nd)的大小,如果R当前(ID=nd)<R相遇(ID=nd),则进入步骤F,否则进入步骤G;
步骤F:由该当前节点将待转发数据报文m转发给该相遇节点;随后进入步骤H;
步骤G:由该当前节点继续携带待转发带数据报文m,随后进入步骤H;
步骤H:该当前节点按以下公式:
R当前(ID=nd)=R当前(ID=nd)+αr当前
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