支持携带存储转发机制的移动自组织网络路由方法技术

本发明专利技术属于无线传感器网络和移动自组织网络技术领域，为提出一种支持存储携带转发机制的移动自组织网络路由协议，用于解决目前现有的无线自组织网络路由协议在其所针对的场景外不能高效工作的问题。为此，本发明专利技术采用的技术方案是，支持携带存储转发机制的移动自组织网络路由方法，使用传输控制协议/用户数据报协议Socket接口，节点通过邻居探测机制构建出优先级转发表；机会转发方式通过查询优先级转发表选取转发节点集；若数据转发失败，则网络处于间歇性连接状态，此时实现数据的网络层存储；周期性的邻居探测机制探测到网络恢复全连通状态时，则对数据进行重新封装及转发。本发明专利技术主要应用于自组织网络路由场合。

【技术实现步骤摘要】
支持携带存储转发机制的移动自组织网络路由方法
本专利技术属于无线传感器网络和移动自组织网络
，涉及一种支持存储携带转发机制的移动自组织网络路由协议的设计与实现。具体讲,涉及支持携带存储转发机制的移动自组织网络路由协议。
技术介绍
现有的移动自组织网络路由协议都是针对单一场景而设计的，例如MANET(移动自组织网络)协议是针对全连通的场景而设计的，在缺乏端到端路径情况下MANET协议不能正常工作；DTN(时延容忍网络)在全连通的场景下路由效率并不高并且应用程序的开发要面向Bundle(覆盖层)接口。因此针对间歇性和全连通共存的场景，本专利技术借鉴DTN存储-携带-转发机制，设计了一种具备容断能力的MANET路由协议——SCFP(支持携带存储转发机制的移动自组织网络路由协议)协议。现有的国内外对DTN与MANET路由相结合方面的研究大致可以分为两类：1)基于MANET和DTN整合方法；2)根据网络环境，在DTN和MANET之间进行自适应切换。基于DTN和MANET整合的方法，文献[1]-文献[6](文献[1]：OttJ，KutscherD和WarmanC于2006年公开的《IntegratingDTNandMANETrouting》；文献[2]：KRETSCHMERC，RHRUPS和SCHINDELHAUERC于2009年公开的《DT-DYMO:delay-tolerantdynamicMANETon-demandrouting》；文献[3]：JOHNW和VANIAC于2010年公开的《HYMAD:hybridDTN-MANETroutingfordenseandhighlydynamicwirelessnetworks》；文献[4]：ESPOSITOF和MATTAI于2009年公开的《PreDA:predicateroutingforDTNarchitecturesoverMANET》；文献[5]：SamuelH和ZhuangW于2009年公开的《PreissB.DTNbaseddominatingsetroutingforMANETinheterogeneouswirelessnetworking》；文献[6]：PantR，TupanA和MekbungwanPetal于2010年公开的《DTNoverlayonOLSRnetwork》)是将DTN和MANET协议进行结合，利用MANET和DTN工作在不同的协议层实现两者的相互补充。在网络场景中，网络整体上是不连通的，但在一个小范围内的节点可以组成一个相对稳定的拓扑结构，这些稳定区域可以采用MANET协议进行路由，而这些小范围的拓扑之间可以采用DTN路由协议。这类方法所针对的网络场景本质上仍为间歇性连接场景，MANET协议只是利用此场景下部分节点的局部连接特性来减小数据传输延迟。因此，需要对现有的MANET和DTN协议进行修改，使二者路由信息能够彼此获知，使得此种方式不具有普适性。自适应切换方法，文献[7]-文献[12](文献[7]：TieX，VenkataramaniA和BalasubramanianA于2011年公开的《R3:robustreplicationroutinginwirelessnetworkswithdiverseconnectivitycharacteristics》；文献[8]：KawamotoY，NishiyamaH和KatoN于2013年公开的《Towardterminal-to-terminalcommunicationnetworks:AhybridMANETandDTNapproach》；文献[9]：ItoM，NishiyamaH和KatoN于2013年公开的《AnovelroutingmethodforimprovingmessagedeliverydelayinhybridDTN-MANETnetworks》；文献[10]：MusolesiM，HailesS和MascoloC于2005年公开的《Context-awareAdaptiveRoutingforDelayTolerantMobileNetworks》；文献[11]：DelosieresL和Nadjm-TehraniS于2012年公开的《Batmanstore-and-forward:thebestofthetwoworlds》；文献[12]：XiaoshanChang，ZenghuaZhao，BingxueDiao和TaoLi于2016年公开的《ExperimentalStudyofDisruption-TolerantTransportProtocolforMobileAdHocNetworkswithConnectionDiversity》)需要节点根据所处的网络环境进行自适应切换，这就要求节点能够对网络环境做出准确判断，因而会导致数据传输延迟较高。这两类方法都需要节点同时运行MANET和DTN协议，对无线节点来说不仅意味着过高的能耗，而且协议切换时需要对数据包格式进行转换，这不可避免造成效率上的损失。此外，使用DTN协议时应用程序面向的是Bundle接口，对于大多数的互联网用户来说更希望面向Socket(套接字)编程。文献[13](张万松，王师原，徐悦竹和印桂生于2014年公开的《一种在DTN网络中基于节点属性模型的散发等待路由方法》)判定所有邻节点的运动夹角，并根据节点运动属性模型公式确定源节点向该邻节点传递消息副本的个数。此方法导致一个消息存在多个副本造成了数据冗余，且节点运动夹角具有瞬时性，不能确保该节点始终按一个方向运动，因此不能保证数据包能够准确投递给目的节点。文献[14](王占伟和邹光楠于2015年公开的《一种面向空间环境DTN网络的数据转发方法》)通过查询周期性构建的虚拟拓扑路由表寻找接收节点，当接收节点处于空闲状态时，发送节点的bundle层构造bundle块根据路由算法进行数据转发。若没有接收节点则启动bundle层的托管机制等待可用的下一跳连接。该专利技术中路由表不具有实时性，且每次查询只选择一个接收节点，不能确保网络获得较好的投递率。现有的中国专利技术专利，文献[15](李长乐，董伟伟和郭涛于2016年公开的《基于链路质量和节点转发能力的路由协议涉及方法》)采用机会转发方式，根据优先级表确定邻节点集，转发过程中一次选择一个优先级最高的节点作为中继节点进行数据的转发，若此次转发失败，则重新选取次优节点再次进行转发。此方法虽然采用了机会转发方式选择了邻节点集，但在数据转发过程中仍然只选取一个节点进行数据转发，转发失败时需要源节点重启邻节点选取机制，再次进行数据转发，因此增加了端到端时延且造成了网络资源的浪费。本专利技术提出的SCFP选取转发节点集后，每个节点都将接收到需转发数据，优先级最高的节点转发失败后次优节点立即转发，因此降低了端到端时延，且无需源节点重新发送数据而节省了网络资源。【参考文献】[1]OttJ,KutscherD,WarmanC.IntegratingDTNandMANETrouting[C]Proceedingsofthe2006SIGCOMMworkshoponChallengednetworks.ACM,本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种支持携带存储转发机制的移动自组织网络路由方法，其特征是，使用传输控制协议/用户数据报协议Socket接口，节点通过邻居探测机制构建出优先级转发表；机会转发方式通过查询优先级转发表选取转发节点集；若数据转发失败，则网络处于间歇性连接状态，此时实现数据的网络层存储；周期性的邻居探测机制探测到网络恢复全连通状态时，则对数据进行重新封装及转发；其中，基于优先级的机会转发具体步骤如下：1.1 路由度量设计路由度量routing metric是路由算法用以确定到达目的节点最佳路径的度量标准，在间歇性连接与全连通并存的网络场景下，路由度量需要满足3个条件：1)路由度量能够反应全连通和间歇性连接的网络特性，保证最佳的路由性能；2)尽可能小的路由开销；3)路由过程不产生回路；综合考虑全连通状态下链路时延、间歇性连接状态下最小期望延迟估计、节点存储能力三个指标，路由开销计算公式为Cost＝ω1DelayNorm+ω2MEEDNorm+ω3BufferNorm  (1)其中ω1、ω2、ω3为权重，根据SCFP协议实际的运行环境选取；由于三个指标之间存在不同的量纲，因此DelayNorm、MEEDNorm，BufferNorm分别为归一化处理后的传输延迟、最小期望延迟估计和节点存储空间，最小估计期望延迟MEED是在最小期望延迟MED基础上经过指数滑动平均处理得到的，两个节点接触状态与等待时延的关系，当接触状态up时，意味着节点彼此进入对方的通信范围，等待时延变为0，对应的MEED值计算公式如下：D＝αD+(1‑α)di  (2)C＝βC+(1‑β)ci  (3)...

【技术特征摘要】
1.一种支持携带存储转发机制的移动自组织网络路由方法，其特征是，使用传输控制协议/用户数据报协议Socket接口，节点通过邻居探测机制构建出优先级转发表；机会转发方式通过查询优先级转发表选取转发节点集；若数据转发失败，则网络处于间歇性连接状态，此时实现数据的网络层存储；周期性的邻居探测机制探测到网络恢复全连通状态时，则对数据进行重新封装及转发；其中，基于优先级的机会转发具体步骤如下：1.1路由度量设计路由度量routingmetric是路由算法用以确定到达目的节点最佳路径的度量标准，在间歇性连接与全连通并存的网络场景下，路由度量需要满足3个条件：1)路由度量能够反应全连通和间歇性连接的网络特性，保证最佳的路由性能；2)尽可能小的路由开销；3)路由过程不产生回路；综合考虑全连通状态下链路时延、间歇性连接状态下最小期望延迟估计、节点存储能力三个指标，路由开销计算公式为Cost＝ω1DelayNorm+ω2MEEDNorm+ω3BufferNorm(1)其中ω1、ω2、ω3为权重，根据SCFP协议实际的运行环境选取；由于三个指标之间存在不同的量纲，因此DelayNorm、MEEDNorm，BufferNorm分别为归一化处理后的传输延迟、最小期望延迟估计和节点存储空间，最小估计期望延迟MEED是在最小期望延迟MED基础上经过指数滑动平均处理得到的，两个节点接触状态与等待时延的关系，当接触状态up时，意味着节点彼此进入对方的通信范围，等待时延变为0，对应的MEED值计算公式如下：D＝αD+(1-α)di(2)C＝βC+(1-β)ci(3)其中di为断开的时间间隔，ci为连通的时间，D为平均不连通时间，C为平均连通时间，α，β为调和因子；1.2机会转发节点根据优先级转发表选择到目的节点开销最低的几个节点作为转发子集，并将排序结果放在数据包的头部，收到数据包的节点按照定义好的顺序进行转发，优先级最高的节点在收到数据包后立即回复ACK并向下一个转发子集转发数据，优先级低的节点将数据放入发送缓冲区等待Twait时间，发送缓冲区定义为等待转发的数据，在Twait时间内侦听到高优先级节点发送ACK则丢弃已收到的数据包，反之，优先级次之的节点回复ACK并转发数据，转发子集中节点的相互协调需要彼此间能够侦听到，但存在转发节点不存在直接邻接关系的情况，造成数据的重复发送，为此，每个节点记录过去一段时间本节点转发的数据包，一个数据包用包括源地址、目的地址和ID的三元组做唯一标识，其中ID为源节点生成的数据包编号，转发过程中保持不变，节点在收到数据时先查询是否收到过该数据包，如果收到过则丢弃数据包，反之使数据包进入机会转发流程。2.如权利要求1所述的支持携带存储转发机制的移动自组织网络路由方法，其特征是，网络层数据的存储和转发具体地：节点按照转发策略进行转发时，如果经过多...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵增华，刁冰雪，常晓山，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12