一种面向机会网络的路由方法技术

本发明专利技术公开一种面向机会网络的自适应可控多播路由方法和一种网络节点，针对机会网络中节点移动和链路频繁变化的特点，本发明专利技术提出了新的路由度量标准，该度量标准综合考虑了网络中节点能量、中继节点遇到消息目的节点的概率、消息生存期、消息跳数和消息预计副本数，基于该标准，提出了一种自适应可控多播路由方法。仿真实验结果表明，本发明专利技术所提出的方法避免了个别节点负载过重，能量消耗过快导致节点失效的问题，保证了网络节点间的能量公平性，延长了网络寿命，提高了网络中消息的投递率，对网络中消息的副本数进行了有效的控制。

【技术实现步骤摘要】
一种面向机会网络的路由方法
本专利技术涉及机会网络领域，特别是一种面向机会网络的路由方法，具体是一种面向机会网络的自适应可控多播路由方法。
技术介绍
随着大量具备短距离通信能力的便携式移动设备，如：手机和PDA等的出现，自组织网络迅速发展。在传统的移动自组织网络中，节点间需要建立完整的端到端路径之后才能够以“存储-转发”的方式传输数据。然而，节点的移动性和通信链路的频繁变化性，使得传统的移动自组织网络不能很好地适应自组网的应用。机会网络是一种不需要在源节点和目的节点之间存在完整的路径，利用节点移动带来的相遇机会，以“存储-携带-转发”模式，在网络局部连通条件下，投递消息的时延和分裂可容忍的自组织网络。机会网络能够处理网络分裂、时延等问题，能满足恶劣条件下的网络通信需要，可以应用到通信基础设施缺乏和网络环境恶劣等场合，更能适应实际的自组网需求。因此，有关机会网络路由方法的研究成为机会网络的热点问题之一。在通信基础设施缺乏、网络环境恶劣的场景下，设备中的能量难以得到补充。仅依靠设备中固有的能量来维持通信的方式，使得设备中的能量成为一种稀缺资源。在网络中，维持较好的设备能量公平性，意味着网络将会有更长的生存期，也不会因为部分节点转发消息的次数过多将能量耗尽成为无用节点，影响网络中消息的投递率。好的路由方法也应当在保证网络投递率的同时，增加其可扩展性和可适应性，使得算法在根据网络的节点密度做相应的调整后，达到高投递率、低延迟和较小网络开销的目标。根据网络中单个消息的副本数，经典的机会网络路由方法可以分为单副本路由方法和多副本路由方法两种。一般情况下，单副本路由方法开销率低、网络耗能少，但投递率较低并且时延较大，如：DirectDelivery路由方法和FirstContact路由方法；多副本路由方法往往能保证较高的投递率和较小的时延，但通常网络开销率和耗能较大，如:Epidemic路由方法、SprayandWait路由方法和Prophet路由方法。但我们发现，在网络节点能量有限、收发消息均耗能和被传输的消息的生存期(TimeToLive,以下简称TTL)有限的条件下，一些多副本路由方法并不能发挥出它们的优势，往往还会因为网络中的节点耗能太快造成投递率较低的情况，无法突显出多副本路由方法的优势，如：Epidemic路由方法。只有SprayandWait路由方法不论网络中节点密度如何改变能保持较高的投递率。但，SprayandWait路由方法在Spray阶段也只是单纯地将消息副本发送给不含该消息的节点，没有考虑到网络中节点能量的公平性，具有一定的盲目性。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术所要解决的技术问题是针对上述
技术介绍
的不足，根据机会网络所具有的特征，提供一种面向机会网络的自适应可控多播的路由方法，解决如下问题：(1)实现较强的可扩展性和可适应性。本方法不论在稀疏网还是稠密网中，都能达到高投递率、低延迟和较小网络开销的目标。(2)实现网络中消息副本扩散的控制。(3)实现节点间的能量公平性的控制，能维持较长的网络寿命。(4)在网络节点能量和消息TTL有限的条件下，实现消息传输的高投递率和低开销率。技术方案：本专利技术为实现上述专利技术目的采用如下技术方案：一种面向机会网络的自适应可控多播的路由方法，具体步骤为：A步骤、在消息发送前，先根据网络中节点密度确定消息平均每跳产生的消息副本数λ以及消息跳数的阈值n。定义每个消息在其源节点中都具有发送权限。B步骤、对每个节点所携带的消息进行处理前，先检查该节点是否有新邻居。若没有新邻居则由该节点继续携带所存储的消息，直至遇到消息的目的节点进行转发或该节点有新邻居时进行决策。当节点有新邻居时，对该节点中具有发送权限的消息进行转发决策。决定对消息Mi进行转发时，必须要满足三个条件，(1)节点有新的邻居节点；(2)进行决策的消息Mi必须具有发送权限；(3)消息Mi的跳数必须小于所设定的阈值。当决定要对消息Mi进行转发时，先根据消息Mi已有的预计副本数和当前的跳数，计算出此次转发能产生的最大副本数Count。C步骤、计算出该节点与其所有不含消息Mi的邻居节点的能量平均值ΔE，找出所有不含消息Mi且所拥有的能量值>＝ΔE的邻居节点记其个数为Num。D步骤、当Num>＝λ时，在这Num个节点中，按其与消息Mi的目的节点相遇概率由大到小的顺序，找出前min(Num,Count)个节点,其中min(Num,Count)表示Num和Count这两个数中的较小值。在这min(Num,Count)个节点中，找出能量最大的那个节点，让其具有消息Mi的发送权限的副本，让其余的min(Num,Count)-1个节点具有消息Mi的等待转发权限的副本。对选定的节点进行消息Mi的转发。这里的选定的节点包括上述的前min(Num,Count)个节点。E步骤、当Num<λ时，在这Num个节点中，找出能量最大的那个节点，让其具有消息Mi的发送权限的副本，让其余的Num-1个节点具有消息Mi的等待转发权限的副本。再计算出此次决策的转发概率,按照求出的概率对所选定的节点进行消息Mi的转发。这里的选定的节点包括上述Num个节点，按照决策的转发概率进行转发具体的过程是：先按照本专利技术中的概率计算函数，计算出此次转发的概率值。针对所选定的每个节点分别用随机数生成函数，产生一个随机数，若转发概率大于等于该随机数，就对该节点发送消息Mi的副本，否则就不发送消息Mi的副本。F步骤、当消息Mi转发成功后，将发送端节点中消息Mi的权限由发送转为等待转发。G步骤、依次循环执行步骤B至步骤F,直至发送端节点中不具有发送权限的消息。有益效果：经机会网络仿真工具(OpportunisticNetworkEnvironmentsimulator，以下简称ONE)实验表明：与其它五种经典的机会网络路由方法相比，本专利技术提出的自适应可控多播路由方法能达到以下效果：(1)、能达到较高的投递率。在仿真场景大小固定的情况下，与其它五种经典的路由方法相比，随着网络节点密度的增大，本专利技术总能达到最高的投递率。(2)、能满足较低的开销率。在达到较高投递率的同时，本专利技术所提出的路由方法能保持较低的开销率。(3)、实现了节点间能量的公平性，提高了网络寿命。在仿真环境相同的条件下，与其它五种路由方法相比，本专利技术所提出的方法在满足高投递率、低开销率的同时，能维持较高的网络寿命。(4)、可适应性强。在一定范围内，无论网络中节点的密度、节点的移动速度以及缓冲区的大小如何改变，本方法总能达到较高的投递率和较低的开销率。(5)、能达到控制网络中消息副本数的目标。通过设置消息跳数的阈值和消息每跳扩散的平均副本数，根据具体某一消息当前副本数的预测值和跳数，计算出该消息此次决策能产生的最大副本数。在决策中，通过计算出每个消息在每跳转发过程中能产生的最大副本数，来达到动态控制网络中消息副本数的目标，避免消息副本过度扩散的问题。附图说明图1是本专利技术建立路由的流程图；图2是消息副本单支扩散策略的示意图；图3是概率转发函数图；图4是节点个数对投递率影响的仿真实验结果图；图5是节点个数对开销率影响的仿真实验结果图；图6是节点个数对平均延迟影响的仿真实验结果图；图7是节点个数对网本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种路由选择方法，其特征在于，包括：对第一节点携带的消息Mi进行发送时，确定所述第一节点的邻居节点；确定所述第一节点与所述邻居节点的能量平均值ΔE，获取不携带有消息Mi且所拥有的能量值>＝ΔE的Num个邻居节点；选择所述Num个邻居节点中的N个节点作为选定节点；获取所述选定节点中能量最大的节点，让其具有消息Mi的发送权限的副本，其余N‑1个节点具有消息Mi的等待转发权限的副本；对所述N个选定节点进行消息Mi的发送；对所述选定节点进行消息Mi的发送成功之后，将所述第一节点中消息Mi的权限由发送修改为等待转发。

【技术特征摘要】
1.一种路由选择方法，其特征在于，包括：对第一节点携带的消息Mi进行发送时，确定所述第一节点的邻居节点；确定所述第一节点与所述邻居节点的能量平均值ΔE，获取不携带有消息Mi且所拥有的能量值＞＝ΔE的Num个邻居节点；选择所述Num个邻居节点中的N个节点作为选定节点；获取所述选定节点中能量最大的节点，让其具有消息Mi的发送权限的副本，其余N-1个节点具有消息Mi的等待转发权限的副本；对所述N个选定节点进行消息Mi的发送；对所述选定节点进行消息Mi的发送成功之后，将所述第一节点中消息Mi的权限由发送修改为等待转发；当Num＞＝λ时，N＝min(Num，Count)，所述min(Num，Count)表示Num和Count这两个数中的较小值；所述Count为此次转发能产生的最大副本数，其根据网络中消息平均每跳产生的消息副本数λ，消息Mi已有的预计副本数h和当前的跳数k确定，Count＝λ+(λk-h)＝λ(k+1)-h，按照与所述消息Mi的目的节点相遇概率由大到小的顺序，对所述Num个邻居节点进行排序，选择所述Num个邻居节点中的前N个节点作为选定节点；当Num＜λ时，N＝Num，λ为网络中消息平均每跳产生的消息副本数；计算出此次转发决策的转发概率，按照求出的概率对所述选定的该N个节点进行消息Mi的发送。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在消息Mi发送前，根据网络中节点密度确定消息平均每跳产生的消息副本数λ。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：对所述第一节点所携带的消息进行发送前，先检查所述第一节点是否有新邻居，若没有新邻居则由所述第一节点继续携带所存储的消息，直至遇到消息的目的节点进行发送或该节点有新邻居时进行转发决策。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：张立臣，赵若男，王小明，李鹏，王亮，林亚光，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61