基于概率量化广播gossip算法的分布式路由同步方法技术

基于概率量化广播gossip算法的分布式路由同步方法，本发明专利技术涉及分布式路由同步技术。本发明专利技术是为了均匀量化的gossip算法不能使各个路由节点实现严格的路由同步的问题。本发明专利技术在网络中的每个节点按照各自的时钟周期随机被激活，并向与之相连的各个节点广播信息。周边节点将接收到的信息和本节点储存的信息进行加权平均，至此完成一次迭代过程。根据这种规则，在每次迭代的过程中，有多个节点对节点信息进行更新，而且链路传输都是单向的。本发明专利技术适用于分布式路由同步。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分布式路由同步技术。
技术介绍
随着社会的进步，通信技术的广泛应用已经成为必然趋势。在实际的应用中，并非所有的网络都用于实时的信息交换，其中最典型的就是用来进行数据采集、监测等工作的无线传感器网络。无线传感器网络是一种分布式传感网络，它的末梢是可以感知和检查外部世界的传感器。无线传感器网络中的传感器通过无线方式通信，因此网络设置灵活，设备位置可以随时更改，还可以跟互联网进行有线或无线方式的连接。通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。这种无线网络以协作的形式感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。强大的数据获取和处理能力使得其应用范围十分广泛，可以被应用于军事、防爆、救灾、环境、医疗、家居、工业等领域，无线传感器网络已得到越来越多的关注。在实际应用中，无线传感器网络的很多问题都可以被归结为平均共识问题，例如参数估计、源定位、分布式压缩等。平均共识指的是网络根据各个网络节点的出初始状态通过信息的交换使各个节点最终达到一致状态。集群路由器指将多个可独立运行的路由交换结节点过某种高速互联网络连接起来的单映像路由系统。每个路由交换节点包含独立的报文转发引擎和控制平面的计算资源。而分布式路由同步技术则将路由协议、安全认证、路由计算等计算密集型模块分布在各个路由节点上并行执行，以解决应用需求迅速增长而造成的控制平面计算能力不足的问题。由此可以看出，如何有效的解决分布式共识问题是非常关键的。近年来，基于gossip算法的平均共识问题在无线传感器网络中的应用成为了研究的热点。该算法利用网络节点的本地信息和其相邻节点信息进行数据交换，可以最终使网络中每个节点的信息达到网络节点信息的平均值。尽管gossip算法在国内外有很多研究成果，但主要局限于成对gossip算法的研究，即在一个时钟周期内信息只局限于相邻两点之间传递。这种算法尽管有非常良好的收敛特性，但是只局限于双向链路，忽略了无线信道的广播特性。近几年出现的广播gossip算法，具有非常好的广播特性，即当某一个节点开始广播时，所有与之相连的节点都可以接收到传递的信息并进行数据的更新。由于它不需要反向数据交换，所以此算法可以应用于非对称的无线信道。此外，这种算法相较于成对gossip算法，具有收敛速度快的特点。分布式路由同步技术中，由于通信链路的信道容量的限制和每个节点存储能力的限制，对于均匀量化而言，量化一致性并不是严格的一致性，即所有节点不一定能达到共同的输出值。这就说明：均匀量化的gossip算法并不能使各个路由节点达到一个严格的共识状态，从而不能严格的实现路由同步。
技术实现思路
本专利技术是为了均匀量化的gossip算法不能使各个路由节点实现严格的路由同步的问题，从而提供一种基于概率量化广播gossip算法的分布式路由同步方法。基于概率量化广播gossip算法的分布式同步方法，在进行路由同步时，它由以下步骤实现：步骤一、初始化节点数据和设置加扰参数ε，包括：每个路由节点初始化信息xi(0)；令伴随变量yi(0)为0；量化每个路由节点的信息；设置加扰参数ε；步骤二、进行QUBGA的迭代，对于每个节点，具体过程为：步骤二一、判断节点信息状态值是否趋于稳定，如果判断结果为是，则完成路由同步；如果判断结果为否，则执行步骤二二；步骤二二、判断节点是否被激活，如果判断结果为否，则执行步骤二三；如果判断结果为是，则该节点向其邻近节点发送自己的信息值，且将节点伴随变量清零，并返回执行步骤二一；步骤二三、该节点判断是否接收到其它节点发送的信息，如果判断结果为是，则执行步骤二四；如果判断结果为否，则节点信息保持不变，并返回步骤二一；步骤二四、更新节点的信息；步骤二五、量化节点的信息；步骤二六、将迭代的次数加1，并返回执行步骤二一。本专利技术应用概率量化对各个路由节点的信息进行量化，使每个节点达到一个严格一致的输出值，实现严格的分布式路由同步。附图说明图1是本专利技术的基于概率量化广播gossip算法的分布式同步方法的流程示意图；图2是在位数为32、节点数为100的情况下，收敛误差的仿真示意图；图3是在位数为32、节点数为500的情况下，收敛误差的仿真示意图；图4是在位数为8、节点数为100的情况下，收敛误差的仿真示意图；图5是在位数为16、节点数为100的情况下，收敛误差的仿真示意图；图6是在位数为8、节点数为100的情况下，收敛速度的仿真示意图；图7是在位数为16、节点数为100的情况下，收敛速度的仿真示意图；图8是在位数为32、节点数为100的情况下，收敛速度的仿真示意图；具体实施方式具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，基于概率量化广播gossip算法的分布式路由同步方法，它由以下步骤实现：步骤一：初始化节点数据和选取适当的加扰参数ε：当进行路由同步时，每个路由的初始信息xi(0)需要进行初始化，及配置各自的值。此外，令伴随变量yi(0)为0。然后，对量化好的路由节点信息按照(8)和(9)所示的方式进行量化。当网络规模较小时，并且网络拓扑结构已知，那么可以事先计算出最优化的加扰参数ε＝Re(ξ2)/2并在布设节点前就设置好该数值。当网络规模大，而且网络拓扑结构位置的情况下，每个节点可以将该参数设定为0.5。每个路由节点自己包含一个时钟，按照各自的时钟进行数据的发送和接收。步骤二：QUBGA的迭代过程：1)、当某个节点k在随机时刻被激活时，此路由节点需要向周围节点发送数据。广播的数据分别为xk(t)和yk(t)，当某个相邻节点接收到广播信息后，按照式(14)和(15)对自己的信息进行更新。2)、对所有发送节点而言，按照公式(10)和(11)对自己的数据进行更新；3)、对于按照公式(12)和(13)对自己的数据进行更新；4)、每次节点信息发生变化时，都对节点信息进行概率量化，具体量化方式参考公式(8)和(9)。步骤三：迭代结束，完成路由同步过程对节点信息按照上述方式进行多步迭代，此时到达网络中路由同步的目的。广播gossip算法的大致思想如下：即网络中的每个节点按照各自的时钟周期随机被激活，并向与之相连的各个节点广播信息。周边节点将接收到的信息和本节点储存的信息进行加权平均，至此完成一次迭代过程。根据这种规则，在每次迭代的过程中，有多个节点对节点信息进行更新，而且链路传输都是单向的。这样既能使收敛本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于概率量化广播gossip算法的分布式路由同步方法，其特征是：在进行路由同步时，它由以下步骤实现：步骤一、初始化节点数据和设置加扰参数ε，包括：每个路由节点初始化信息xi(0)；令伴随变量yi(0)为0；量化每个路由节点的信息；设置加扰参数ε；步骤二、进行QUBGA的迭代，对于每个节点，具体过程为：步骤二一、判断节点信息状态值是否趋于稳定，如果判断结果为是，则完成路由同步；如果判断结果为否，则执行步骤二二；步骤二二、判断节点是否被激活，如果判断结果为否，则执行步骤二三；如果判断结果为是，则该节点向其邻近节点发送自己的信息值，且将节点伴随变量清零，并返回执行步骤二一；步骤二三、该节点判断是否接收到其它节点发送的信息，如果判断结果为是，则执行步骤二四；如果判断结果为否，则节点信息保持不变，并返回步骤二一；步骤二四、更新节点的信息；步骤二五、量化节点的信息；步骤二六、将迭代的次数加1，并返回执行步骤二一。

【技术特征摘要】
1.基于概率量化广播gossip算法的分布式路由同步方法，其特征是：在进行路由同步
时，它由以下步骤实现：
步骤一、初始化节点数据和设置加扰参数ε，包括：
每个路由节点初始化信息xi(0)；
令伴随变量yi(0)为0；
量化每个路由节点的信息；
设置加扰参数ε；
步骤二、进行QUBGA的迭代，对于每个节点，具体过程为：
步骤二一、判断节点信息状态值是否趋于稳定，如果判断结果为是，则完成路由同步；
如果判断结果为否，则执行步骤二二；
步骤二二、判断节点是否被激活，如果判断结果为否，则执行步骤二三；如果判断结
果为是，则该节点向其邻近节点发送自己的信...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴少川，王昕阳，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23