一种基于社交距离的DTN网络路由方法技术

本发明专利技术提出一种基于社交距离的DTN网络路由方法，将社会学中的社交距离的概念应用到DTN中，通过节点间产生接触的频率，次数，和规律性三个方面进行综合分析，给出了接触频率，平均维持时间，和规律性的定义公式，并对三个值进行了归一化，最后通过欧拉公式给出了社交距离的定义公式；在计算得到社交距离的基础上，取倒数作为权重，得到表示社交关系及其强度的加权图，并利用SimBetAge中的公式计算相似性和中间性，并利用SimBet的路由过程进行路由，结果表明，利用社交距离的倒数作为权重，可以明显提高数据包投递率，同时降低时延和开销。

【技术实现步骤摘要】
一种基于社交距离的DTN网络路由方法
本专利技术涉及延迟容忍网络
，尤其是一种基于社交距离的DTN网络路由方法。
技术介绍
时延容忍网络(DTN)是一种基于存储转发机制的无线自组织网络，用于解决不存在稳定通信链路的无线网络中的通信问题.早期的DTN主要应用于没有通信基础设施、通信节点密度较为稀疏或节点移动速度较快、无法维护稳定的端到端连接的一些极端的网络环境下，如卫星网络、无线传感网络、车载网络等。DTN网络中消息传递使用的是“存储-携带-转发”的模式，路由算法主要研究的是消息在网络中如何快速的传递，并尽量降低时延和开销。由于节点间断的连通性和缺乏连续的端到端路径，路由问题是时延容忍网络(DTN)中一个具有挑战性的问题。此外，DTN的路由性能在很大程度上取决于节点的转发意愿和当前节点的网络资源。在DTN的许多实际应用中，移动社交网络(MSN)越来越受欢迎，因为MSN具有通过已部署和人工维护的设备进行协作数据收集的潜力。值得一提的是，社交网络方法也被应用于其他网络类蜂窝网络中。例如，当设备的携带者进入彼此的通信范围时，可以实现它们之间的连接。因此，有必要分析节点之间连接的频率和持续时间之间的关系，以便有效地进行路由。近年来，人们提出了许多基于社交网络的DTN路由算法，并取得了明显的性能提升。SimBet是第一个基于社交的DTN路由协议，利用相似性和中间性来选择中继节点。当两个节点相遇时，如果前一个节点与目的地具有更高的相似性，或者它具有更高的中间性，则消息被转发给它；否则，消息停留在当前节点。目标是找到目的节点的正确社区，在社区中节点彼此之间的相似性高于其他节点。为了让消息找到社区，使用中心节点(即具有较高中间性的节点)在社区之间传递它们。BubbleRap使用类似的方法，该算法也利用中间性来寻找中心节点，直到数据包到达它们的社区。然而，这里的社区是由明确定义的社区检测算法得出的，而不是隐式地通过相似性获得。在计算社会度量(中间性、相似性，社区等)时，两者都使用二元图。SimBetAge中列出了使用DTN的二元图的缺点，并利用边的新鲜度表示权重。然而利用新鲜度表示节点间的关系强度仍然存在一些问题，所以研究节点间的社交关系，得到能够准确描述社交关系强度的参量，对提高DTN路由算法的效率有很大帮助。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术目的在于提供一种基于社交距离的DTN网络路由方法，实现在DTN网络中更加准确地描述节点间的社交关系。技术方案：为实现上述技术效果，本专利技术提出以下技术方案：一种基于社交距离的DTN网络路由方法，包括步骤：(1)获取所述DTN网络中各路由节点之间在往期一段时间T内的接触信息；(2)根据步骤(1)得到的接触信息计算时间段T内各路由节点之间的断开频率，记路由节点i、j之间的断开频率为ωij；(3)根据步骤(1)得到的接触信息计算时间段T内各路由节点之间断开时间的平均值：其中，δij表示路由节点i、j之间的断开时间平均值，δijk表示路由节点i、j之间第k次断开维持的时间；(4)根据步骤(1)得到的接触信息计算时间段T内各路由节点之间的断开时间的标准差：其中，表示路由节点i、j之间的断开时间的标准差；(5)计算各路由节点间的社交距离：其中，Dij表示路由节点i和j之间的社交距离，分别为ωij、δij、σij的归一化结果；(6)以路由节点为顶点构建路由节点间的社交关系加权图，社交关系加权图中的边的权值为该边连接的两个路由节点之间社交距离的倒数；(7)根据社交关系加权图进行路由，包括两种情况：(7-1)当一个路由节点i收到另一个路由节点j的连接建立请求时，更新：ωij＝ωij+1；根据更新后的ωij更新δij和σij；根据更新后ωij、δij、σij更新社交关系加权图中边ij的权值；(7-2)当路由节点i有需要发送的数据包时，提取数据包中的目的节点d，若目的节点d就是路由节点i的邻居节点，则将数据包直接发给d；若目的节点d不是邻居节点，则计算路由节点i与目的节点d之间的相似性s(id)和节点j与目的节点d之间的相似性s(jd)，以及计算节点i的中间性节点θ(i)和节点j的中间性θ(j)；相似性和中间性的计算公式分别为：式中，wik表示社交关系加权图中边ik的权值，wdk表示社交关系加权图中边dk的权值，N1(i)表示节点i的一跳邻居N1(d)表示节d的一跳邻居。其中，N1(j)表示节点j的一跳邻居。当满足s(jd)＞s(id)或θ(j)＞θ(i)时，路由节点i将数据包转发给邻居节点j，否则路由节点i继续携带该数据包，直到遇见满足条件的新邻居节点。进一步的，所述两路由节点之间断开次数的计算公式为：其中，ωij表示路由节点i、j之间的断开次数，τ表示预设的时间增量步长，eij(t)表示在时刻t路由节点i、j之间的连接关系，eij(t)＝1表示在时刻t路由节点i、j之间连接，eij(t)＝0表示在时刻t路由节点i、j之间断开。进一步的，所述归一化的方法为：将ωij、δij、σij分别通过其相应的最大值进行归一化，ωij、δij、σij的最大值计算公式分别如下：有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优势：本专利技术针对SimBet路由算法利用二原图描述节点关系和SimBetAge算法利用新鲜度表示节点关系中存在的问题，提出了一种新的社交参量：社交关系，并在此基础上定义了新的路由算法。同时，利用Python的复杂网络分析包NetWorkX搭建了仿真环境，将新的路由算法和SimBet，SimBetAge进行了比较。结果表明，基于社交距离的路由算法不仅大大提高了数据包的投递率，同时还适当的减少了时延和开销。附图说明图1是一个典型的DTN网络在某段时间内的连接情况示意图；图2是图1中网络的社交距离的分布图；图3是在MIT数据集下的三个路由算法的投递率对比图；图4是在Hypertext数据集下的三个路由算法的投递率对比图；图5是在MIT数据集下的三个路由算法的平均时延对比图；图6是在Hypertext数据集下的三个路由算法的平均时延对比图；图7是在MIT数据集下的三个路由算法的开销对比图；图8是在Hypertext数据集下的三个路由算法的开销对比图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术作更进一步的说明。本专利技术提出的一种基于社交距离的DTN网络路由方法，从DTN中节点间接触的断开频率，平均断开时间，规律性三个方面对节点间的关系进行分析，最后通过欧拉公式得出社交距离计算公式。用社交距离的倒数作为权重可以得到表示节点间社交关系加权图，然后根据社交关系加权图求相似性和中间性，最后利用SimBet的路由过程进行路由。为实现上述方案，需要进行以下步骤：1、定义一个表示频率的变量，每当两个节点连接断开，就自动加一，具体计算公式为：其中，ωij表示路由节点i、j之间的断开次数，τ表示预设的时间增量步长，eij(t)表示在时刻t路由节点i、j之间的连接关系，eij(t)＝1表示在时刻t路由节点i、j之间连接，eij(t)＝0表示在时刻t路由节点i、j之间断开。2、定义一个表示持续时间的变量，它表示断开时间的平均值，每当两个节点连接断开时，该值自动更新，具体计算公式为：其中，δij表示路由节点i、j之间的断开时间平均值，δij本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于社交距离的DTN网络路由方法，其特征在于，包括步骤：(1)获取所述DTN网络中各路由节点之间在往期一段时间T内的接触信息；(2)根据步骤(1)得到的接触信息计算时间段T内各路由节点之间的断开频率，记路由节点i、j之间的断开频率为ωij；(3)根据步骤(1)得到的接触信息计算时间段T内各路由节点之间断开时间的平均值：

【技术特征摘要】
1.一种基于社交距离的DTN网络路由方法，其特征在于，包括步骤：(1)获取所述DTN网络中各路由节点之间在往期一段时间T内的接触信息；(2)根据步骤(1)得到的接触信息计算时间段T内各路由节点之间的断开频率，记路由节点i、j之间的断开频率为ωij；(3)根据步骤(1)得到的接触信息计算时间段T内各路由节点之间断开时间的平均值：其中，δij表示路由节点i、j之间的断开时间平均值，δijk表示路由节点i、j之间第k次断开维持的时间；(4)根据步骤(1)得到的接触信息计算时间段T内各路由节点之间的断开时间的标准差：其中，表示路由节点i、j之间的断开时间的标准差；(5)计算各路由节点间的社交距离：其中，Dij表示路由节点i和j之间的社交距离，分别为ωij、δij、σij的归一化结果；(6)以路由节点为顶点构建路由节点间的社交关系加权图，社交关系加权图中的边的权值为该边连接的两个路由节点之间社交距离的倒数；(7)根据社交关系加权图进行路由，包括两种情况：(7-1)当一个路由节点i收到另一个路由节点j的连接建立请求时，更新：ωij＝ωij+1；根据更新后的ωij更新δij和σij；根据更新后ωij、δij、σij更新社交关系加权图中边ij的权值；(7-2)当路由节点i有需要发送的数据包时，提取数据包中的目的节点d，若目的节点d和路...

【专利技术属性】
技术研发人员：王健，查日苏，陈劲松，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32