一种兼顾网络节点能量和缓存的节点消息转发方法技术

一种兼顾网络节点能量和缓存的节点消息转发方法，将移动群智感知网络中的所有节点分成多个社区，在目的节点所在社区之外通过对比节点的全局度量，将消息转发给全局度量高的节点，在目的节点所在社区之内通过对比节点的局部度量，将消息转发给局部度量高的节点，每个节点的全局度量均根据该节点的全局中心度、节点剩余能量和剩余缓存得到，每个节点的局部度量均根据该节点的局部中心度、节点剩余能量和剩余缓存得到，发送消息的节点和接收消息的节点在转发消息之后，均根据其节点剩余能量和剩余缓存更新全局度量和局部度量。本发明专利技术的消息转发方法能够更加合理地指导节点的路由决策，提高网络整体性能，实现网络资源的优化配置。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动群智感知网络（MCSN），尤其是一种兼顾网络节点能量和缓存的节点消息转发方法。
技术介绍
在最近几年，移动智能终端渗透到我们日常生活的方方面面。由于微电子技术和短距离无线通信的快速发展，移动终端携带丰富的传感器，可以直接与其他终端进行通信。许多在以前是无法实现的大规模感知任务，可以通过移动智能终端之间的相互协作而很容易的实现。这就意味着人们进入了群智感知时代，这种网络叫移动群智感知网络MCSN。对某些任务，感知数据可以被直接上传到服务器上或者感知平台上，然而还有许多其他的应用任务，由于各种原因如网络状态、代价等，感知数据必须通过无线多跳的方式进行投递。但是，由于终端的移动性，MCSN的一个主要特征是间断连接。为了解决这个问题，在MCSN中经常利用基于存储-携带-转发的无线多跳的机会数据传输模式来进行感知数据的收集。存储-携带-转发的无线多跳数据机会传输模式在延迟容忍网络和机会网络中已经得到广泛深入的研究，其主要为了解决由节点的移动性所带来的链路间歇式连通性问题。在MCSN的弱连接状态下，机会数据传输的关键在于发现一个较好的中继节点选择策略。如何设计一个有效的机会路由机制成为MCSN中一个研究热点和难点。Epidemic协议采用泛洪的方式向网络中扩散消息的副本，任意两个节点相遇，即相互交换各自缓存中没有的消息，这种机制在节点缓存与带宽无限的场景下有最优的延时性能，但在资源受限的机会式网络中，泛洪机制网络的负载最大，算法的可扩展性最差。大量的移动设备通常由人所携带，人的移动性对节点的接触情况不可避免地造成影响。因此，近期工作主要关注于人的社会属性对机会路由性能的影响。中心度、相似度、社区属性等都是很重要的社会属性。BubbleRap协议充分利用节点的中心度、社区等社会属性，网络性能有较好的提升，但由于在中继节点选择时没有考虑节点剩余能量和可用缓存等自身的属性，导致中心度高的节点很快耗尽能量和缓存而“死亡”，节点的存活率较低。EABubble协议虽然在考虑了节点的社会属性基础上，将节点的剩余能量也考虑进去了，但没有考虑节点的剩余能量，性能并没有很大的提升。一个好的机会路由协议不仅要有尽可能高的成功投递率，还要尽可能低的网络时延和网络资源消耗如节点缓存、节点能量消耗、网络带宽等，尤其在网络资源和节点资源非常紧张的情况下更是如此。这就要求我们在协议设计时，综合考虑这些因素，不能顾此失彼。现有的机会路由机制都没有充分考虑节点的资源受限问题或者仅仅考虑了其中的一个因素，如何专利技术一种兼顾能量和缓存的机会路由协议是当前业界的重要研发课题之一。
技术实现思路
本专利技术的主要目的是公开一种兼顾网络节点能量和缓存的节点消息转发方法，克服现有移动群智感知网络中节点路由决策的缺陷，延长网络节点的寿命，提高网络整体性能，实现网络资源的优化配置。本专利技术采用的技术方案是：一种兼顾网络节点能量和缓存的节点消息转发方法，在多个节点组成的移动群智感知网络中，通过多个中继节点将源节点生成的消息转发到目的节点，移动群智感知网络中的所有节点分成多个社区，在消息转发过程中优先将消息转发给目的节点所在社区的节点，并且，在目的节点所在社区之外通过对比节点的全局度量，将消息转发给全局度量高的节点，在目的节点所在社区之内通过对比节点的局部度量，将消息转发给局部度量高的节点，每个节点的全局度量均根据该节点的全局中心度、节点剩余能量和剩余缓存得到，每个节点的局部度量均根据该节点的局部中心度、节点剩余能量和剩余缓存得到，发送消息的节点和接收消息的节点在转发消息之后，均根据其节点剩余能量和剩余缓存更新全局度量和局部度量。较佳的，所述全局度量是，其中，、e、b是调节因子，分别用于调节全局中心度GC、剩余能量E和剩余缓存B在全局度GMet中的比重，所述局部度量是，其中，、e、b是调节因子，分别用于调节局部中心度LC、剩余能量E和剩余缓存B在局部度量LMet中的比重。较佳的，所述全局中心度是，其中，v是网络的中继节点，S和D分别是源节点和目的节点，M是网络的节点总个数，是源节点S和目的节点D之间的最短路径数量，是源节点S和目的节点D之间包含中继节点v的最短路径数量；局部中心度是，其中，s1和d1分别是在中继节点v所在社区网络中转发消息m的起始节点和结束节点，M1是节点v所在社区网络的节点总个数，是起始节点s1和结束节点d1之间的最短路径数量，是起始节点s1和结束节点d1之间包含中继节点v的最短路径数量。较佳的，所述剩余能量E包括节点收发数据包造成能量损耗后的剩余能量和待机及邻居节点发现造成能量损耗后的剩余能量，节点以固定时间间隔更新剩余能量并在收发数据包时更新剩余能量，所述剩余能量，剩余能量，其中，是节点上次更新后的能量，是老化因子，，k为时间单位的个数，是节点收发一次数据包所消耗的能量，是节点收发数据包的次数。较佳的，所述剩余缓存，其中，是节点的初始缓存，是节点接收数据包所占用的缓存，节点丢弃数据包所释放的缓存。较佳的，网络中的一个中继节点i将其携带的消息m向目的节点D转发的过程中遇到另一个中继节点j时，首先判断j是否是目的节点D，如果是，则直接转发消息m到D，并更新节点i和j的全局度量和局部度量，否则，根据中继节点i是否进入目的节点D所在社区判断是否转发。较佳的，当节点i没有进入目的节点D所在社区时，如果满足条件a：节点j与目的节点D属于同一社区和/或条件b：节点i的全局度量值小于节点j的全局度量值，则将消息m转发给节点j，并在考虑节点i和j的剩余能量和剩余缓存的基础上，更新节点i和j的全局度量和局部度量，以作为新的转发节点指导下次转发过程，否则，不转发消息m给节点j。较佳的，当节点i进入目的节点D所在社区时，如果同时满足条件a：节点j与目的节点D属于同一社区和条件c：节点i的局部度量值小于节点j的局部度量值，则将消息m转发给节点j，并在考虑节点i和j的剩余能量和剩余缓存的基础上，更新节点i和j的全局度量和局部度量，以作为新的转发节点指导下次转发过程，否则，不转发消息m给节点j。较佳的，根据谱聚类方法将网络中的所有节点分成N个社区，提取出每个节点的社区属性，根据节点的社区属性可得到节点的局部中心度。较佳的，提取节点的社区属性的谱聚类方法是：步骤1、设定移动群智感知网络中的节点个数是M，初始化社区个数N=1，并标记节点i的社区属性是，1≤≤N，1≤i≤M，定义M个节点组成的一个社区的模块度Qmax=0；步骤2、由节点v相对全部M个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种兼顾网络节点能量和缓存的节点消息转发方法，在多个节点组成的移动群智感知网络中，通过多个中继节点将源节点生成的消息转发到目的节点，移动群智感知网络中的所有节点分成多个社区，在消息转发过程中优先将消息转发给目的节点所在社区的节点，并且，在目的节点所在社区之外通过对比节点的全局度量，将消息转发给全局度量高的节点，在目的节点所在社区之内通过对比节点的局部度量，将消息转发给局部度量高的节点，其特征在于，每个节点的全局度量均根据该节点的全局中心度、节点剩余能量和剩余缓存得到，每个节点的局部度量均根据该节点的局部中心度、节点剩余能量和剩余缓存得到，发送消息的节点和接收消息的节点在转发消息之后，均根据其节点剩余能量和剩余缓存更新全局度量和局部度量。

【技术特征摘要】
1.一种兼顾网络节点能量和缓存的节点消息转发方法，在多个节点组成的移动群智感
知网络中，通过多个中继节点将源节点生成的消息转发到目的节点，移动群智感知网络中
的所有节点分成多个社区，在消息转发过程中优先将消息转发给目的节点所在社区的节
点，并且，在目的节点所在社区之外通过对比节点的全局度量，将消息转发给全局度量高的
节点，在目的节点所在社区之内通过对比节点的局部度量，将消息转发给局部度量高的节
点，其特征在于，每个节点的全局度量均根据该节点的全局中心度、节点剩余能量和剩余缓
存得到，每个节点的局部度量均根据该节点的局部中心度、节点剩余能量和剩余缓存得到，
发送消息的节点和接收消息的节点在转发消息之后，均根据其节点剩余能量和剩余缓存更
新全局度量和局部度量。
2.如权利要求1所述的一种兼顾网络节点能量和缓存的节点消息转发方法，其特征在
于，所述全局度量是，其中，、e、b
是调节因子，分别用于调节全局中心度GC、剩余能量E和剩余缓存B在全局度量中的
比重，所述局部度量是，其中，、e、b
是调节因子，分别用于调节局部中心度LC、剩余能量E和剩余缓存B在局部度量中的
比重。
3.如权利要求1或2所述的一种兼顾网络节点能量和缓存的节点消息转发方法，其特征
在于，所述全局中心度是，其中，v是网络的中继节点，S和D分别是源
节点和目的节点，M是网络的节点总个数，是源节点S和目的节点D之间的最短路径数
量，是源节点S和目的节点D之间包含中继节点v的最短路径数量；局部中心度是
，其中，s1和d1分别是在中继节点v所在社区网络中转发消息m
的起始节点和结束节点，M1是节点v所在社区网络的节点总个数，是起始节点s1和结
束节点d1之间的最短路径数量，是起始节点s1和结束节点d1之间包含中继节点v
的最短路径数量。
4.如权利要求1或2所述的一种兼顾网络节点能量和缓存的节点消息转发方法，其特征
在于，所述剩余能量E包括节点收发数据包造成能量损耗后的剩余能量和待机及邻居节
点发现造成能量损耗后的剩余能量，节点以固定时间间隔更新剩余能量并在收发数
据包时更新剩余能量，所述剩余能量，剩余能量，
其中，是节点上次更新后的能量，是老化因子，，k为时间单位的个数，是
节点收发一次数据包所消耗的能量，是节点收发数据包的次数。
5.如权利要求1或2所述的一种兼顾网络节点能量和缓存的节点消息转发方法，其特征
在于，所述剩余缓存，其中，是节点的初始缓存，是节点接收
数据包所占用的缓存，节点丢弃数据包所释放的缓存。
6.如权利要求1所述的一种兼顾网络节点能量...

【专利技术属性】
技术研发人员：马华红，郑国强，吴红海，冀保峰，彭勃，李佩佩，沈森，李济顺，薛玉君，王玉婷，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41