基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法技术

本发明专利技术公开了基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法，网关周期性广播GWADV包，GWADV传播过程中，转发节点计算并更新路由性能参数，源节点在收到GWADV后更新或建立到网关的路由；源节点根据路由表路由项周期性向路由表中所有网关发送探测包，网关收到探测包后向对应源节点回复确认包，确认包在传输过程中，转发节点计算并更新路由性能参数；源节点在收到GWADV或确认包后计算网关选择活跃度，并驱动细胞吸引子模型演化并计算状态向量，然后在路由表中更新各个网关的状态向量值；源节点根据路由表网关状态向量值，选择状态向量值最大的网关作为默认网关。获得更好的网关负载均衡，提升异构网络通过网关通信时的性能。

Adaptive gateway selection method based on biologically inspired Mobile Ad Hoc Networks

The invention discloses an adaptive gateway selection method based on biologically inspired mobile ad hoc network, the gateway periodically broadcast GWADV packets, and the forwarding node calculates and updates the routing performance parameters during the GWADV propagation process. The source node updates or establishes the route of the gateway after receiving the GWADV; the source node is cyclical according to the routing table. A packet is sent to all gateways in the routing table. After the gateway receives the packet, it replies to the corresponding source node and confirms the packet in the transmission process. The forwarding node calculates and updates the routing performance parameters. The source node calculates the activity of the gateway after receiving the GWADV or the acknowledgement package, and drives the cell attractor model to evolve and calculate. The state vector is then updated in the routing table, and the source node selects the gateway with the maximum state vector value as the default gateway according to the gateway state vector value of the routing table. Better gateway load balancing is achieved to enhance the performance of heterogeneous networks through gateway communication.

【技术实现步骤摘要】
基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法
本专利技术涉及移动自组织网络(MobileAdHocNetworks，MANET)领域，特别是涉及基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法。
技术介绍
移动自组织网络(MobileAdHocNetworks，MANET)是一组具有无线通信能力的移动节点组成的网络，每一个节点即是移动终端同时也具备路由的功能。两个近邻节点之间可以直接通信，相距较远的节点可以通过多跳的方式实现通信。因此，移动节点可以在在没有任何通信基础设施支持的环境中自主组网，实现通信。移动自组织网络的一个应用场景是与其它网络融合，作为其一个子网来使用。这可以扩展移动自组织网络的应用，也是下一代网络将所有已存在的网络无缝连接起来的一个目标。因为MANET中的地址结构与IP地址结构不兼容，因此，二者不能直接互联。现有方法主要是利用网关作为MANET与其它异构网络之间的桥梁，实现协议的转换功能。因而MANET移动节点与其它网络节点通讯的步骤(1)就是发现及选择网关，建立移动节点与网关的路径。网关发现方法可以分为被动方案(Reactivescheme)，主动方案(Proactivescheme)及混合方案(Hybridscheme)，在网关发现过程中，源节点根据设定的标准选择最佳网关，满足通信QoS要求及提高网络性能。目前常见的网关选择方案基本都是根据QoS参数来选择网关。如，源节点距离网关的跳数、源节点与网关间路径的质量、拥塞程度、延迟状况、丢包状况、网关负载情况等。源节点收集指定的QoS参数，然后根据一个或若干个QoS参数的加权和来选择最佳网关作为接入点。部分网关发现及选择方案中采用了模糊逻辑系统，用于处理动态自组网络系统中，QoS参数的不确定性，优化网关选择的准确性。现有网关选择方法的缺点是：1.现有网关选择决策都是在网关发现结束之后，网关选择的周期和网关发现的周期是一致的。因此，一旦完成网关选择之后，在下一个网关发现周期到来之前也不能进行更改。更改选择的机会较少，不利于最优网关的选择。2.移动自组织网络是一个动态网络，网络拓扑结构、流量等都是动态变化的。因此，所选网关随着网络状态的变化很可能不再是最优网关。网关选择方法对动态环境的适应性比较差。3.源节点之间缺乏协作。所有源节点在选择网关时都是同时进行的，而且相互之间没有沟通，仅根据自身情况作出选择。因此，节点的网关选择决策会对彼此造成一定的不利影响，降低网络的性能。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法，它将细胞吸引子模型(AttractorSelectionModel)融入网关发现及选择过程中，借鉴生物系统中细胞对动态环境的适应特性，优化移动自组织网络中的网关选择问题。该方法将活跃度映射为网关选择的合适程度，为每一个可选网关设定一个状态变量，通过周期性的发送网关广播及探测包，收集网关的性能参数并计算活跃度，驱动细胞吸引子模型演化，更新状态变量，根据状态变量选择网关。该方法具有数据传输延迟低、网关及节点负载均衡度高，自动适应网络的动态变化。基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法，包括：步骤(1)：网关周期性广播GWADV包，GWADV包是指网关公告信息包，GWADV包传播过程中，转发节点计算并更新路由性能参数，源节点在收到GWADV包后更新或建立源节点到网关的路由；进入步骤(3)；步骤(2)：源节点根据路由表路由项周期性向路由表中所有网关发送探测包，网关收到探测包后向对应源节点回复确认包，确认包在传输过程中，转发节点计算并更新路由性能参数；进入步骤(3)；步骤(3)：源节点在收到GWADV包或确认包后，计算网关选择活跃度，并驱动细胞吸引子模型演化并计算状态向量，然后在路由表中更新各个网关的状态向量值；步骤(4)：源节点根据路由表中的网关状态向量值，选择状态向量值最大的网关作为默认网关。所述步骤(1)中转发节点判断自身是否是源节点，若不是源节点，则当前转发节点继续转发GWADV包给下一个节点；若是源节点，就继续判断是否存在源节点到网关的路由，若存在就更新源节点到网关的路由；若不存在就建立源节点到网关的路由。GWADV的英文全称是GatewayAdvertisement。所述步骤(1)中，更新或建立源节点到网关的路由：如果已经存在源节点到网关的路由，则根据收到的GWADV包，更新路由表中路由项；如果不存在源节点到网关的路由，则不论路由表中是否有默认网关路由信息，都依据GWADV包建立源节点到网关的路由项。所述步骤(2)中，转发节点判断自身是否是源节点，若是源节点就进入步骤(3)；若不是源节点，则将确认包转发给下一个节点。所述步骤(1)及步骤(2)中，转发节点计算并更新路由性能参数的步骤为：转发节点从四个指标评估路由性能，所述四个指标，包括：路径长度、路径稳定性、路径服务能力和网关服务能力；所述路径长度为网关与源节点之间的路由的跳数；所述路径稳定性，通过计算网关与源节点之间路由上各个链路的信号强度得到，路径稳定性等于路径上稳定性最差的链路的稳定性；所述路径服务能力，通过计算网关与源节点之间路由上各个节点的数据处理能力得到，路径服务能力等于路径上数据处理能力最差的节点的服务能力；所述网关服务能力，通过网关的最大数据处理能力和网关已被占用数据流量计算得到。转发节点在转发网关公告信息包或确认包之前，计算其转发路由的性能参数并在对应包中更新路由性能参数的数值。所述路径稳定性S(rsg)计算方法为：其中，rsg表示源节点s到网关g之间的路径，s(li)表示路径rsg上的第i条链路li的稳定性，pr表示链路两端节点的信号强度，K为系数；路径服务能力c(rsg)计算方法为：cm＝μ-σm；(4)其中cm表示节点m的剩余数据处理能力，μ表示节点最大数据处理能力，σm表示当前节点已经使用的节点处理能力。所述网关服务能力θg计算方法为：其中C为网关的最大数据处理能力，γi和ρi分别表示通过网关的某个数据流的速率和数据包大小，n表示数据流的数量。所述步骤(3)中，计算网关选择活跃度的步骤为：网关选择活跃度定义为源节点在选择某个网关作为默认网关后，通过默认网关与异构网络节点通信时的性能状态，通过综合考虑路径长度、路径稳定性、路径服务能力和网关服务能力四个指标来计算网关选择活跃度，利用S函数调节网关选择活跃度。所述路径长度指标，通过计算源节点到所有网关的路径最短长度与源节点到当前所选网关的路径长度的比值得到。所述路径稳定性指标，通过计算源节点到当前所选网关的路径的稳定性与源节点到所有网关的路径的最大稳定性的比值得到。所述路径服务能力指标，通过计算源节点到当前所选网关的路径的服务能力与源节点到所有网关的路径的最大服务能力的比值得到。所述网关服务能力指标，通过计算源节点当前所选网关的服务能力与所有可选网关的最大服务能力的比值得到。所述路径长度指标的计算方法为：其中，hcur表示源节点到当前所选网关的路径的长度，R(s)表示源节点s到所有网关的路径的集合，hj表示源节点到第j个可选网关的路径的长度。路径稳定性指标的计算方法为：其中，S(rsg)表示路径rsg的稳定性，R(s)表示源节点s到所有网关本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法，其特征是，包括：步骤(1)：网关周期性广播GWADV包，GWADV包是指网关公告信息包，GWADV包传播过程中，转发节点计算并更新路由性能参数，源节点在收到GWADV包后更新或建立源节点到网关的路由；进入步骤(3)；步骤(2)：源节点根据路由表路由项周期性向路由表中所有网关发送探测包，网关收到探测包后向对应源节点回复确认包，确认包在传输过程中，转发节点计算并更新路由性能参数；进入步骤(3)；步骤(3)：源节点在收到GWADV包或确认包后，计算网关选择活跃度，并驱动细胞吸引子模型演化并计算状态向量，然后在路由表中更新各个网关的状态向量值；步骤(4)：源节点根据路由表中的网关状态向量值，选择状态向量值最大的网关作为默认网关。

【技术特征摘要】
1.基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法，其特征是，包括：步骤(1)：网关周期性广播GWADV包，GWADV包是指网关公告信息包，GWADV包传播过程中，转发节点计算并更新路由性能参数，源节点在收到GWADV包后更新或建立源节点到网关的路由；进入步骤(3)；步骤(2)：源节点根据路由表路由项周期性向路由表中所有网关发送探测包，网关收到探测包后向对应源节点回复确认包，确认包在传输过程中，转发节点计算并更新路由性能参数；进入步骤(3)；步骤(3)：源节点在收到GWADV包或确认包后，计算网关选择活跃度，并驱动细胞吸引子模型演化并计算状态向量，然后在路由表中更新各个网关的状态向量值；步骤(4)：源节点根据路由表中的网关状态向量值，选择状态向量值最大的网关作为默认网关。2.如权利要求1所述的基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法，其特征是，所述步骤(1)中转发节点判断自身是否是源节点，若不是源节点，则当前转发节点继续转发GWADV包给下一个节点；若是源节点，就继续判断是否存在源节点到网关的路由，若存在就更新源节点到网关的路由；若不存在就建立源节点到网关的路由。3.如权利要求1所述的基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法，其特征是，所述步骤(1)中，更新或建立源节点到网关的路由：如果已经存在源节点到网关的路由，则根据收到的GWADV包，更新路由表中路由项；如果不存在源节点到网关的路由，则不论路由表中是否有默认网关路由信息，都依据GWADV包建立源节点到网关的路由项。4.如权利要求1所述的基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法，其特征是，所述步骤(2)中，转发节点判断自身是否是源节点，若是源节点就进入步骤(3)；若不是源节点，则将确认包转发给下一个节点。5.如权利要求1所述的基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法，其特征是，所述步骤(1)及步骤(2)中，转发节点计算并更新路由性能参数的步骤为：转发节点从四个指标评估路由性能，所述四个指标，包括：路径长度、路径稳定性、路径服务能力...

【专利技术属性】
技术研发人员：许化强，王晶晶，魏冬梅，赵曰峰，张立人，
申请(专利权)人：山东师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37