一种海上无线Mesh网络可信协同服务方法技术

本发明专利技术公开了一种海上无线Mesh网络可信协同服务方法，该方法通过引入节点信誉评价机制，激励节点协作，构建基于Mesh网络和可信评价的虚拟协同服务系统，完成网络任务可信可靠传输，具体是运用节点的信任度、贡献度、可用带宽、计算能力、链路质量等作为表征节点的特征属性，以任务驱动方式，由MRC节点基于节点的服务能力评价和协作服务迁移优先级来选择协同服务的节点，构建虚拟协同服务系统，实现资源快速融合，为用户提供可靠服务。仿真实验表明，所提虚拟协同服务组织模型能有效解决海洋海岛环境下无线协同通信网络中的拥塞、单点失效、数据分发效率低的问题，提高Mesh网络的服务质量。

A Trusted Cooperative Service Method for Marine Wireless Mesh Networks

The invention discloses a credible cooperative service method for marine wireless Mesh network. By introducing the mechanism of node reputation evaluation, the method stimulates the cooperation of nodes, constructs a virtual cooperative service system based on Mesh network and credible evaluation, and completes the reliable transmission of network tasks, in particular, using the trust degree, contribution degree, available bandwidth, computing ability, link quality of nodes, etc. Characterizing the characteristic attributes of nodes, MRC nodes select collaborative service nodes based on service capability evaluation and priority of collaborative service migration. Virtual collaborative service system is constructed to achieve rapid resource integration and provide reliable services for users. The simulation results show that the proposed virtual cooperative service organization model can effectively solve the problems of congestion, single point failure and low data distribution efficiency in the wireless cooperative communication network under the marine island environment, and improve the quality of service of Mesh network.

【技术实现步骤摘要】
一种海上无线Mesh网络可信协同服务方法
本专利技术涉及海上无线协同通信
，具体是一种海上无线Mesh网络可信协同通信方法。
技术介绍
近年来，我国对于海洋海岛通信的研究日趋重视。目前，我国已建立建成的海洋卫星通信系统包括卫星紧急无线电示位标(EPIRB)和海事卫星系统(INMARSAT)和北斗卫星导航系统。卫星紧急无线电示位标可实现紧急报警、船位识别、定位和询位功能。海事卫星系统包括多种功能系统，完成话音、传真、海上宽带数据、视频、手机短信等通信功能。我国自行研制的北斗卫星导航系统，为亚太地区提供定位、导航等服务。目前实现海岛通信的技术以海底光缆、卫星通信、短波通信和微波散射通信为主。海底光缆能够为海岛提供可靠通信，但其具有成本高、系统复杂、工期长维护困难等劣势，一般适用于近海域的大型岛屿。卫星通信适用于群岛环境，岛屿部署通信基站，以建立卫星通信链路，岛屿间通过卫星链路协作传输实现通信。但卫星通信适用于长距离通信，同时占用大量的通信资源，在通信距离小于200km的海岛通信链路中并不适用。无线Mesh网络(WirelessMeshNetworks，WMNs)具有部署简便、结构灵活的特点，可有效解决中短距离群岛无线通信问题。然而在海上无线Mesh网络中，由于节点所处环境具有多变性，例如耀斑干扰、台风闪电等恶劣天气，导致节点在通讯时发生单点失效、链路受阻等问题，最终导致MP(MeshPoint)簇网络彻底瘫痪。同时，由于海洋监测的需要，MP节点需承载各类传感器数据，并且即使在恶劣条件下，保证数据交付的可靠性。然而海洋监测类的数据流量，在告警期间内需要监测数据项增多，不同传感节点的服务请求将汇聚于MP节点，易造成Mesh网络拥塞，MP服务能力成为流量瓶颈，使得分组等待时延和分组丢失率增加，MP服务能力下降。目前，我国海洋海岛通信正从小规模集群向大规模系统集群发展。目前船舶通信，通常以协作通信的方式接入海岛无线Mesh网络，协作方式分为2种，一种自身通过卫星链路接入近岸港口网络，这类通常为大型船舶，其舰载无线通信覆盖域较广，可自适应成为MP节点，簇容量有限，但传输链路速率快、延迟稳定；另一种方式以海上通信中继站或海岛基站为MP节点，舰船以短波方式接入，并提供路由协作功能。但以上两种协作方式都存在服务节点不协作问题，可能是出于客观原因，断电、链路中断、链路阻塞、环境干扰破坏等，也可能是出于主观上的不协作，无论何种原因节点的不协作行为都是有害的，如果是处于核心交互的节点出现不协作的行为，则将导致大面积网络中断。
技术实现思路
本专利技术针对海洋无线Mesh网络通信环境下，受到环境复杂多变、通信网络异构、特别是在无人岛礁建站、能源受限等导致网络节点分布不均匀等因素制约，在实施大规模网络数据通信时面临节点单点失效、负载过高或链路受限、阻塞等主观或客观原因表现出不协作问题，提出一种基于节点可信度评价的虚拟协同服务组织模型，通过引入节点信誉评价机制，激励节点协作，构建虚拟协同服务系统来完成网络任务可信可靠传输。实验结果表明，通过该模型能够有效评价网络中节点，为节点选择协作服务节点和路由管控节点制定当前路由策略提供依据，构建的虚拟协同服务系统能有效调度网络节点的共享资源完成任务可信可靠传输。实现本专利技术目的的技术方案为：一种海上无线Mesh网络可信协同服务方法，通过引入节点信誉评价机制，激励节点协作，构建基于Mesh网络和可信评价的虚拟协同服务系统，完成网络任务可信可靠传输，所述的虚拟协同服务系统，节点均具有路由分组转发和无线传输功能，节点在发送自身需求的数据时也能协同转发其他节点的数据；节点凭自愿原则加入或退出虚拟协同服务系统；节点间通过组织协商以公开投票形式选举路由管控节点(MeshRoutingController，MRC)和信誉评判管理节点(CreditManagement，CM)，路由管控节点负责网络链路节点监测和节点间路由策略制定，信誉评判管理节点负责管理系统内节点的信誉档案及任务交付时节点行为评价；虚拟协同服务系统传输链路开辟信誉专享加密传输信道并执行SSL和RSA加密策略保障信誉传输的稳定性和安全性；在虚拟协同服务系统中，节点间协作路由通过基于任务QoS需求和节点服务能力评价的机会路由实现；在虚拟协同服务系统中，由MRC节点基于系统内节点的协作任务完成情况、信誉度和负载等特征进行周期性满意度评价，当满意度评价低于阈值且虚拟协同服务系统容量和节点入度达到可分裂条件时，由MRC节点根据备选服务节点形成新的虚拟协同服务系统中心，并引导虚拟协同服务系统进行簇分裂；所述海上无线Mesh网络可信协同服务方法，包括如下步骤：1)虚拟协同服务系统中的源节点根据任务需求类型和CM节点制定的信誉评价机制，拟定具体任务交付时服务质量评价方案，评价方案中评价指标为任务协同传输过程中网络服务质量QoS的具体参数，包括任务类型、任务量、传输速率、延迟、丢包和抖动容忍；源节点封装评价方案、源节点信息和目的节点信息为任务需求报文发送至MRC节点，MRC节点在虚拟协同服务系统中发起协同传输请求；2)节点收到协同传输任务请求后，根据自身意愿和当前状态选择是否接受协同传输请求，并回馈给MRC节点，MRC节点根据反馈结果、任务QoS需求和当前路由策略筛选协同节点并构成预选协作集，并向CM节点请求评价协作集中协同节点的信誉度；3)CM节点评价协作集中每个协同节点的信誉度，并将评价结果通过信誉专享信道发送至MRC节点；4)MRC节点依照当前路由策略进行协作路由选择，从源节点开始以步骤2)预选协作集为搜索范围，逐跳逼近目的节点，下一跳通过机会路由的方式选择节点，假设当前节点i存在可协作集COL＝{q1,q2,…,qn}，则节点i路由到节点j的概率计算步骤如下：4-1)MRC通过CM节点回馈的协同节点信誉信息，并综合节点可用带宽、链路质量、负载评价、剩余服务时间等特征对节点服务能力进行评价，其服务能力评价模型如公式(1)：ηij＝GiJijWijTiQiSti(1)上述公式(1)中，ηij为节点的服务能力，指节点i向节点j通信时，节点j对节点i的服务评价，包括节点i可用性Gi(Gi∈{0,1})、节点i与节点j的连接强度Jij、节点i可共享给节点j的带宽Wij、节点i的信誉度Ti、节点i负载评价Qi、节点的预期服务时间Sti；其中负载评价Qi的计算如公式为：上述公式(2)中，vi为当前速率，pi为节点i带宽，C1为节点负载控制阈值，ρ是海洋环境对无线通讯的损益；连接强度Jij的计算公式为：上述公式(3)中，RSSI为节点i连接到节点j时，节点j的无线信号衰减强度；4-2)计算协作集COL中节点的路由概率，节点i路由到下一跳节点k的概率的计算公式为：上述公式(4)中，ηik为节点i对节点k的服务能力评价，Rij表示节点i对目的节点j的物理距离，Rkj表示节点k对目的节点j的物理距离，Rlj表示节点l对目的节点j的物理距离；MRC节点通过计算概率，从源节点开始，概率选择下一跳路由节点，若当前节点无可路由节点，则退回上一跳从下一跳可路由集中剔除该节点，并继续选取，直至可达目的节点时结束；若所有路径都无法可达，则放弃当前任务，回馈至源节点；5)MRC节点将本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上无线Mesh网络可信协同服务方法，其特征在于，通过引入节点信誉评价机制，激励节点协作，构建基于Mesh网络和可信评价的虚拟协同服务系统，完成网络任务可信可靠传输，所述的虚拟协同服务系统，节点均具有路由分组转发和无线传输功能，节点在发送自身需求的数据时也能协同转发其他节点的数据；节点凭自愿原则加入或退出虚拟协同服务系统；节点间通过组织协商以公开投票形式选举路由管控节点和信誉评判管理节点，路由管控节点负责网络链路节点监测和节点间路由策略制定，信誉评判管理节点负责管理系统内节点的信誉档案及任务交付时节点行为评价；虚拟协同服务系统传输链路开辟信誉专享加密传输信道并执行SSL和RSA加密策略保障信誉传输的稳定性和安全性；在虚拟协同服务系统中，节点间协作路由通过基于任务QoS需求和节点服务能力评价的机会路由实现；在虚拟协同服务系统中，由MRC节点基于系统内节点的协作任务完成情况、信誉度和负载特征进行周期性满意度评价，当满意度评价低于阈值且虚拟协同服务系统容量和节点入度达到可分裂条件时，由MRC节点根据备选服务节点形成新的虚拟协同服务系统中心，并引导虚拟协同服务系统进行簇分裂；所述海上无线Mesh网络可信协同服务方法，包括如下步骤：1)虚拟协同服务系统中的源节点根据任务需求类型和CM节点制定的信誉评价机制，拟定具体任务交付时服务质量评价方案，评价方案中评价指标为任务协同传输过程中网络服务质量QoS的具体参数，参数包括任务类型、任务量、传输速率、延迟、丢包和抖动容忍；源节点封装评价方案、源节点信息和目的节点信息为任务需求报文发送至MRC节点，MRC节点在虚拟协同服务系统中发起协同传输请求；2)节点收到协同传输任务请求后，根据自身意愿和当前状态选择是否接受协同传输请求，并回馈给MRC节点，MRC节点根据反馈结果、任务QoS需求和当前路由策略筛选协同节点并构成预选协作集，并向CM节点请求评价协作集中协同节点的信誉度；3)CM节点评价协作集中每个协同节点的信誉度，并将评价结果通过信誉专享信道发送至MRC节点；4)MRC节点依照当前路由策略进行协作路由选择，从源节点开始以步骤2)预选协作集为搜索范围，逐跳逼近目的节点，下一跳通过机会路由的方式选择节点，假设当前节点i存在可协作集COL＝{q1,q2,…,qn}，则节点i路由到节点j的概率计算步骤如下：4‑1)MRC通过CM节点回馈的协同节点信誉信息，并综合节点可用带宽、链路质量、负载评价、剩余服务时间等特征对节点服务能力进行评价，其服务能力评价模型如公式(1)：ηij＝GiJijWijTiQiSti                       (1)上述公式(1)中，ηij为节点的服务能力，指节点i向节点j通信时，节点j对节点i的服务评价，包括节点i可用性Gi(Gi∈{0,1})、节点i与节点j的连接强度Jij、节点i可共享给节点j的带宽Wij、节点i的信誉度Ti、节点i负载评价Qi、节点的预期服务时间Sti；其中负载评价Qi的计算如公式为：...

【技术特征摘要】
1.一种海上无线Mesh网络可信协同服务方法，其特征在于，通过引入节点信誉评价机制，激励节点协作，构建基于Mesh网络和可信评价的虚拟协同服务系统，完成网络任务可信可靠传输，所述的虚拟协同服务系统，节点均具有路由分组转发和无线传输功能，节点在发送自身需求的数据时也能协同转发其他节点的数据；节点凭自愿原则加入或退出虚拟协同服务系统；节点间通过组织协商以公开投票形式选举路由管控节点和信誉评判管理节点，路由管控节点负责网络链路节点监测和节点间路由策略制定，信誉评判管理节点负责管理系统内节点的信誉档案及任务交付时节点行为评价；虚拟协同服务系统传输链路开辟信誉专享加密传输信道并执行SSL和RSA加密策略保障信誉传输的稳定性和安全性；在虚拟协同服务系统中，节点间协作路由通过基于任务QoS需求和节点服务能力评价的机会路由实现；在虚拟协同服务系统中，由MRC节点基于系统内节点的协作任务完成情况、信誉度和负载特征进行周期性满意度评价，当满意度评价低于阈值且虚拟协同服务系统容量和节点入度达到可分裂条件时，由MRC节点根据备选服务节点形成新的虚拟协同服务系统中心，并引导虚拟协同服务系统进行簇分裂；所述海上无线Mesh网络可信协同服务方法，包括如下步骤：1)虚拟协同服务系统中的源节点根据任务需求类型和CM节点制定的信誉评价机制，拟定具体任务交付时服务质量评价方案，评价方案中评价指标为任务协同传输过程中网络服务质量QoS的具体参数，参数包括任务类型、任务量、传输速率、延迟、丢包和抖动容忍；源节点封装评价方案、源节点信息和目的节点信息为任务需求报文发送至MRC节点，MRC节点在虚拟协同服务系统中发起协同传输请求；2)节点收到协同传输任务请求后，根据自身意愿和当前状态选择是否接受协同传输请求，并回馈给MRC节点，MRC节点根据反馈结果、任务QoS需求和当前路由策略筛选协同节点并构成预选协作集，并向CM节点请求评价协作集中协同节点的信誉度；3)CM节点评价协作集中每个协同节点的信誉度，并将评价结果通过信誉专享信道发送至MRC节点；4)MRC节点依照当前路由策略进行协作路由选择，从源节点开始以步骤2)预选协作集为搜索范围，逐跳逼近目的节点，下一跳通过机会路由的方式选择节点，假设当前节点i存在可协作集COL＝{q1,q2,…,qn}，则节点i路由到节点j的概率计算步骤如下：4-1)MRC通过CM节点回馈的协同节点信誉信息，并综合节点可用带宽、链路质量、负载评价、剩余服务时间等特征对节点服务能力进行评价，其服务能力评价模型如公式(1)：ηij＝GiJijWijTiQiSti(1)上述公式(1)中，ηij为节点的服务能力，指节点i向节点j通信时，节点j对节点i的服务评价，包括节点i可用性Gi(Gi∈{0,1})、节点i与节点j的连接强度Jij、节点i可共享给节点j的带宽Wij、节点i的信誉度Ti、节点i负载评价Qi、节点的预期服务时间Sti；其中负载评价Qi的计算如公式为：上述公式(2)中，vi为当前速率，pi为节点i带宽，C1为节点负载控制阈值，ρ是海洋环境对无线通讯的损益；连接强度Jij的计算公式为：上述公式(3)中，RSSI为节点i连接到节点j时，节点j的无线信号衰减强度；4-2)计算协作集COL中节点的路由概率，节点i路由到下一跳节点k的概率的计算公式为：上述公式(4)中，ηik为节点i对节点k的服务能力评价，Rij表示节点i对目的节点j的物理距离，Rkj表示节点k对目的节点j的物理距离，Rlj表示节点l对目的节点j的物理距离；MRC节点通过计算概率，从源节点开始，概率选择下一跳路由节点，若当前节点无可路由节点，则退回上一跳从下一跳可路由集中剔除该节点，并继续选取，直至可达目的节点时结束；若所有路径都无法可达，则放弃当前任务，回馈至源节点；5)MRC节点将发送协作路由信息与任务信息至协作路由中每个节点，节点根据其上一跳和下一跳信息建立无线传输路径进行数据传输，目的节点将任务接收情况反馈至MRC，以完成任务追踪；6)当协作任务传输过程中发生链路中断、节点失效、节点可用服务能力或安全可信性无法满足任务需求时，异常点上一跳节点向MRC节点反馈链路状态并请求任务迁移或MRC节点通过网络监测结果主动发起任务迁移，MRC节点收到来自可迁移节点的请求响应后，根据任务需求、服务能力、迁移质量等参量选择迁移节点，确定迁移方案后，通知迁移节点和上一跳节点，上一跳节点执行服务迁移策略，迁移节点以中继增强或替代原节点的方式加入协作传输链路；7)目的节点接收数据完毕后，对此次协同网络服务质量作出评价，并将评价结果发送至MRC节点，MRC节点结束任务追踪线程，并综合此次任务QoS需求信息及任务期间协同节点的行为信息，通过信誉专享传输信道发送至CM节点，CM节点对此次任务传输过程中，协同节点的行为进行审查，按任务发起时拟定的评价方案完成协同节点的信用记录；CM保存节点的信用记录并归档系统节点信用记录库；至此，通过所述海洋海岛无线Mesh网络可信协同通信方法完成了从源节点到目的节点的无线协同通信。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐光学，戴亚盛，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33