基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法技术

本发明专利技术公开了一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法。为提高信息转发的有效性，降低网络开销，提出消息成熟度和节点负载度概念。当两节点相遇，综合待转发消息的成熟度和相遇节点的负载度确定是否转发消息，有效控制网络开销。同时，提出下一跳动态规划算法(NH‑OPA)，该算法针对成熟度过高的消息优化规划下一跳，提高消息转发效率。本发明专利技术能够有效增加信息的投递成功率，降低网络开销以及信息跳数，提高网络性能和信息安全性。

【技术实现步骤摘要】
基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法
本专利技术涉及无线网络通信领域，特别涉及一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法。
技术介绍
传统无线自组织网络的源端和目的端至少存在1条完整的通信链路，以手机、PAD、PC等为代表的短距离无线通信智能设备构成的自组织网络，由于受节点移动性、信号阻碍、恶劣环境、能量受限等因素的影响，源端和目的端很难时刻维持一条完整的通信路径。为克服上述无线网络的缺陷，机会网络应运而生。机会网络数据传输的主要工作方式为“存储-携带-转发”，如何选择转发时机和转发中继节点是机会网络路由算法主要解决的问题。节点携带信息的交互方式大致可以分为极端交互和信息认证交互，见图1。基于极端交互提出的机会网络路由算法历史较为久远，包括Epidemic、FirstContact、SprayandWait和DirectDelivery算法。根据节点之间信息的交互方式，极端交互可以分为两种：一种极端交互方式为仅在相遇节点为目的节点时才将数据分组转发相遇节点，最具有代表性的协议为DirectDelivery算法和SprayandWait算法的Wait阶段，源节点所携带的信息只发送给目的节点，对于链路中的其他相遇节点将不会建立链路转发消息，由此带来较高的传输延迟；另一种极端交互方式却截然相反，每当网络中的节点和其他节点相遇时，不论相遇节点是否为目的节点，该节点所携带的消息都会得到转发，具有代表性的算法为Epidemic和FirstContact算法。在Epidemic算法中，每个节点都维护一个缓冲区，缓冲区中存放本节点或者源于其他节点需要本节点来转发的数据，当两个节点相遇时，缓冲区的数据便会得到复制，并转发给相遇节点，最大可能地使消息得到了转发，提高了传输成功率，但由于主要优点在多次复制消息，使网络中存在大量副本报文，在一定程度上增加了网络的开销率。而在FirstContact算法中，源节点的数据分组将会转发给相遇的第一个节点，基于转发策略，虽然节点的数据分组不会被复制，网络开销率较低，但数据在两个节点之间转发时缺乏必要的信息辅助，由此带来较低的传输成功率。
技术实现思路
为了解决目前机会网络路由算法传输延迟过高、网络开销大或者传输成功率低的技术问题，本专利技术提供一种能够有效增加信息的投递成功率，降低网络开销以及信息跳数，提高网络性能和信息安全性的基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法。为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案是，一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法，包括以下步骤：步骤一，为每个路由路径上的节点建立一个用于存储该节点的历史信息的信息表，历史信息包括该节点和其他节点的历史相遇信息以及历史相遇次数；步骤二，每个节点维护一张路由规划表，用来存储动态规划机制计算得出的消息的下一跳转发节点信息；步骤三，当某节点A与B相遇时，建立两个节点间的信道，查询节点A的规划表中是否存在节点B的信息，如果存在，节点A将需要转发的对应消息转发给节点B，然后断开信道并返回步骤三循环执行，否则进入步骤四。其中路由规划表中记录了消息和动态规划取得的节点ID队列，他们以“消息—节点ID”的键值对形式存放，当需要某个键或某个值时，可以实现快速查找的功能。此处的对应消息是指如果在节点A的规划表中存在节点B的消息，就在A的路由规划表中根据相遇节点ID去反向查找动态规划分配给此节点的消息。步骤四，节点A获取B信息表中的数据，计算用于评估节点信息负载量的转发评估值，并与阈值比较，如果转发评估值超过阈值则进入步骤五，否则跳转步骤六；步骤五，基于动态规划机制来动态规划合适的下一跳节点队列，并记录在节点A的路由规划表中，然后返回步骤三循环执行；步骤六，节点A转发消息给B，并返回步骤三循环执行。所述的一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法，所述的步骤一中，所述的历史信息在两个节点相遇时进行计数，若相遇节点的信息表中存在本节点，则将表中相遇次数加1，若不存在，则将本节点信息加入相遇节点的信息表中，并将相遇次数设置为1。所述的一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法，所述的步骤二中，所述的每个节点维护一张路由规划表的过程为：通过动态规划机制计算出下一跳转发节点信息后，节点将该节点信息和对应的消息信息一起存入节点规划表中，一个消息对应至少一个下一跳转发节点信息。动态规划会把转发评估值超过阈值的消息进行规划，获得该消息对应的节点队列，消息以及对应的节点ID会以键值对形式存放在规划表中。此处的对应消息为进行动态规划的当前消息，它会和动态规划得到的节点信息一起存放在规划表中。所述的一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法，所述的存入节点规划表中与节点信息对应的消息信息是正在进行动态规划的需要由路由节点进行转发的当前消息。所述的一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法，所述的步骤三中，节点A将对应消息转发给节点B中所述的对应消息，是在节点A的路由规划表中根据节点B的ID去反向查找动态规划分配给此节点的消息。所述的一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法，所述的步骤四中，所述的转发评估值为：对于节点A中的消息x，综合考虑消息x的成熟度和节点B的负载度做出转发决策，定义E(A,B,x)为转发评估值：E(A,B,x)＝fA(x)×d(B)(1)fA(x)表示节点A的消息队列中存在消息x的成熟度，表达式为：其中gA(x)表示消息x所经过的跳数，h(x)表示消息x在网络中的存在时间与其最大存活时间之比，α和β为两部分的权重系数且α+β＝1；d(B)表示相遇节点B的负载度，假设节点B的发送队列中有m个消息，消息i的等待时间为ti，则节点B的负载度d(B)定义为下式：所述的一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法，所述的步骤五中，基于动态规划机制来动态规划合适的下一跳节点队列包括以下步骤：(1)将本节点信息表T中的所有节点构成局部优先队列，这些节点的顺序由相遇次数t值从小到大排列，t值相等的节点就按照节点信息携带量m由小到大排列，形成一个优先队列L1；(2)在L1中采用二分法选取中间点，假设L1中存在N1、N2、N3、...Nd个节点，中间点为Ni，选取规则如下：其中g(x)是获取节点相遇次数t的函数，R(x)是通过节点相遇次数t返回节点索引r的函数；(3)将L1中相遇次数小于中间点Ni相遇次数的节点选出，组成新队列L2；(4)将L2中的所有节点按照节点信息携带量m由小到大排列，在m相同的前提下再按照节点携带信息总跳数n由小到大的顺序排列，形成一个优先队列L3；(5)按照n的大小将L3划分为若干区间，n值越大，节点所获得的区间长度越大，通过随机函数产生一颗随机种子，该种子随机落在L3的某个区间中并由区间长度决定随机种子落在相应区间的可能性，种子落在的区间对应的节点即为阈值节点，然后利用这个阈值节点的信息携带量exp_m作为样例阈值；(6)在队列L3中，将m值小于阈值节点的节点选取出；(7)将这些选取出来的节点重新形成一个新的临时优先队列L4，然后在L4中按照节点携带信息总跳数n排序，如果节点的n值相等，那么就按照t值由小到大的顺序排列；(8)根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，为每个路由路径上的节点建立一个用于存储该节点的历史信息的信息表，历史信息包括该节点和其他节点的历史相遇信息以及历史相遇次数；步骤二，每个节点维护一张路由规划表，用来存储动态规划机制计算得出的消息的下一跳转发节点信息；步骤三，当某节点A与B相遇时，建立两个节点间的信道，查询节点A的规划表中是否存在节点B的信息，如果存在，节点A将需要转发的对应消息转发给节点B，然后断开信道并返回步骤三循环执行，否则进入步骤四；步骤四，节点A获取B信息表中的数据，计算用于评估节点信息负载量的转发评估值，并与阈值比较，如果转发评估值超过阈值则进入步骤五，否则跳转步骤六；步骤五，基于动态规划机制来动态规划合适的下一跳节点队列，并记录在节点A的路由规划表中，然后返回步骤三循环执行；步骤六，节点A转发消息给B，并返回步骤三循环执行。

【技术特征摘要】
1.一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，为每个路由路径上的节点建立一个用于存储该节点的历史信息的信息表，历史信息包括该节点和其他节点的历史相遇信息以及历史相遇次数；步骤二，每个节点维护一张路由规划表，用来存储动态规划机制计算得出的消息的下一跳转发节点信息；步骤三，当某节点A与B相遇时，建立两个节点间的信道，查询节点A的规划表中是否存在节点B的信息，如果存在，节点A将需要转发的对应消息转发给节点B，然后断开信道并返回步骤三循环执行，否则进入步骤四；步骤四，节点A获取B信息表中的数据，计算用于评估节点信息负载量的转发评估值，并与阈值比较，如果转发评估值超过阈值则进入步骤五，否则跳转步骤六；步骤五，基于动态规划机制来动态规划合适的下一跳节点队列，并记录在节点A的路由规划表中，然后返回步骤三循环执行；步骤六，节点A转发消息给B，并返回步骤三循环执行。2.根据权利要求1所述的一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法，其特征在于，所述的步骤一中，所述的历史信息在两个节点相遇时进行计数，若相遇节点的信息表中存在本节点，则将表中相遇次数加1，若不存在，则将本节点信息加入相遇节点的信息表中，并将相遇次数设置为1。3.根据权利要求1所述的一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法，其特征在于，所述的步骤二中，所述的每个节点维护一张路由规划表的过程为：通过动态规划机制计算出下一跳转发节点信息后，节点将该节点信息和对应的消息信息一起存入节点规划表中，一个消息对应至少一个下一跳转发节点信息。4.根据权利要求3所述的一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法，其特征在于，所述的存入节点规划表中与节点信息对应的消息信息是正在进行动态规划的需要由路由节点进行转发的当前消息。5.根据权利要求1所述的一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法，其特征在于，所述的步骤三中，节点A将对应消息转发给节点B中所述的对应消息，是在节点A的路由规划表中根据节点B的ID去反向查找动态规划分配给此节点的消息。6.根据权利要求1所述的一种基于消息下一跳动态规划的机会网络路由机制实现方法，其特征在于，所述的步骤四中，所述的转发评估值为...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾锋，段伟昊，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43