基于可计算AP的机会网络路由转发方法技术

本发明专利技术公开了一种基于可计算AP的机会网络路由转发方法，将具有可计算能力的AP节点引入到机会网络中，AP节点的核心功能负责整个网络的路由决策，根据各个节点之间的相遇概率在其内部将整个网络构建为一个不确定图，从全局角度分析网络结构和拓扑演变情况，计算端到端之间路径的转发概率，从而为每个节点形成路由决策表。同时，AP节点也是一个中间转发节点，为其它移动节点提供消息转发任务。每个移动节点都维护有一张记录它与其它所有节点相遇概率的向量表，当在AP信号覆盖范围时将概率向量表上传到AP节点，并且从AP接收该节点的路由决策表；在消息转发过程中，节点只依据路由决策表判断是否将消息转发到下一跳中，因此大大提高了消息转发的效率。

A routing and forwarding method for opportunistic networks based on computable AP

The invention discloses an opportunity network routing and forwarding method based on the computable AP, which introduces the AP node with computable ability into the opportunity network, the core function of the AP node is responsible for the routing decision of the whole network, and constructs the whole network into an uncertain graph according to the encounter probability between each node, and analyzes the network structure and topology evolution from a global perspective To calculate the forwarding probability of the end-to-end path, thus forming a routing decision table for each node. At the same time, AP node is also an intermediate forwarding node, which provides message forwarding tasks for other mobile nodes. Each mobile node maintains a vector table that records its encounter probability with all other nodes. When the AP signal covers, the probability vector table is uploaded to the AP node and the routing decision table of the node is received from the AP. In the process of message forwarding, the node only judges whether to forward the message to the next hop according to the routing decision table, so the efficiency of message forwarding is greatly improved Rate.

【技术实现步骤摘要】
基于可计算AP的机会网络路由转发方法
本专利技术涉及短距离无线通信领域，具体涉及一种基于可计算AP的机会网络路由转发方法。
技术介绍
近年来，随着大量低成本、具备短距离无线通信能力的便捷式智能设备的发展，出现了一种新型的移动自组织网络模式——机会网络(OpportunisticNetworks)，为移动设备提供机会通信和信息共享服务，在空间网络、水下网络、手持设备组网和无人机组网等特定领域得到了广泛应用，并且在解决接入网流量压力过载、频谱资源短缺等问题方面也具有较好的作用。机会网络中节点具有典型的移动性、连接间断性和开放性等特征，一般采用短距离无线通信技术实现通信，当两个节点在射频信号覆盖范围内时自动建立无线连接链路进行数据交换。在这种条件下网络无法保障一种稳定的拓扑结构，在绝大部分时刻都缺乏完整的端到端的连通链路，通过采用“存储—携带—转发”机制依靠节点移动带来的相遇机会协作传递消息实现整个网络通信。在这种拓扑结构频繁变化的动态网络环境中，路由决策成为影响网络性能的关键要素，那么如何在消息投递过程中快速决策选择最合适的下一跳转发节点，以及如何降低每个节点维护路由信息所付出的开销，成为当前机会网络路由研究亟待解决的关键问题。现有的机会路由转发方法，都假设网络中节点是完全分布和对等的关系，为了保障消息转发的成功率和最小时延，一般采用多副本的路由转发策略，典型代表是Epidemic传染转发路由，这种路由类似于泛洪机制的传播策略，每个节点将携带的消息副本拷贝给所有相遇到的节点，优点是节点不需要维护任何额外信息和计算开销，路由决策和转发速度较快，但缺点是整个网络消息包的冗余较大，在缓存有限的前提下将导致大量消息包来不及转发而被丢弃，从而降低转发的成功率，大大浪费了网络带宽资源和存储资源。为了解决过多冗余消息副本带来的转发效率低的问题，提出了基于节点相遇概率或转发效用的有限副本路由转发策略，如PROPHET和MaxProp，这类方法利用节点之间的历史相遇信息在每个节点内构造一个分布式的路由决策表，作为消息下一跳节点路由选择的依据。网络中每个节点都维护一个与其他节点相遇概率的向量表，当两个节点相遇时互换概率向量表从中获取相遇节点到目标节点的概率，以此判定是否将该节点作为下一跳转发节点，优点是减少了网络消息的冗余，提高了转发的成功率，缺点是节点在每次相遇时需要先互换概率向量表，才能实现消息的转发，并且需要进行多次消息包头处理和向量表查询操作，这些操作耗费了大量时间，导致转发效率降低，另外这种方法也无法从网络全局拓扑的角度获取端到端之间的连通路径。基于社会关系或社交网络的转发方法，如SMART，SSAR，BubbleRap，SGBR，SimBet和SEBAR，这类方法利用节点间的社会特征(如中心性或社区性)评估节点，将网络划分为多个社区，然后计算每个节点的中心度作为社区内和社区间消息转发的依据，缺点是节点中心度只采用局部信息计算。综上所述，已有的消息路由策略网络中每个节点都需要维护一张局部的路由表或概率向量表，路由表的存储、节点间相遇概率的计算、消息转发时路由表的多次查询和匹配等，将导致每个节点消耗额外的计算资源、存储资源和网络带宽资源，对于资源有限的机会网络节点来说，过多的资源和能耗的开销严重影响了节点的生存周期，同时由于采用局部路由策略的方式，无法从全局角度获取网络的拓扑结构，大大降低了网络的转发性能。
技术实现思路
为了解决现有技术问题，本专利技术提供一种基于可计算AP的机会网络路由转发方法，从网络全局拓扑结构的角度，将具有可计算能力的AP(AccessPoint，访问点)节点引入到网络中，比较适用于节点资源有限的机会网络，能够有效降低每个节点维护路由信息所付出的资源开销，提高了整个网络的路由转发效率。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于可计算AP的机会网络路由转发方法，所述机会网络中有n个移动节点vi和一个固定的AP节点；每个移动节点都维护有一张记录它与其它所有节点相遇概率的向量表；所述方法包括以下步骤：S1、当移动节点在移动过程中进入AP节点的信号覆盖范围时，移动节点将其相遇概率向量表上传到AP节点；S2、AP节点根据所有移动节点上传的相遇概率向量表，依据网络中所有节点之间的历史相遇情况构建一个表示整个网络节点之间连接关系的不确定图；S3、AP节点利用该不确定图计算生成全局路由决策表，进而生成所有节点的路由决策表，并在移动节点每次上传相遇概率向量表的同时将路由决策表下发给移动节点；S4、移动节点收到路由决策表后依顺序检测消息的目标节点的ID标识，找到目标节点对应的转发结点集合，首先判断AP节点是否在消息的转发结点集合中：如果AP节点在此集合中，则移动节点将消息上传到AP节点，由AP节点代为转发；如果AP节点不在此集合中，那么移动节点携带消息待到合适的机会再转发；S5、在移动过程中，当移动节点与其他节点相遇时，判断此节点是否属于消息的转发节点集合，如果属于就将消息转发给相遇节点，如果不属于则继续携带。进一步的，每个移动节点维护有一张记录它与网络中其它所有节点相遇概率的向量表，相遇概率的计算和维护过程具体为：(1)计算网络中的任意一对节点(vi，vj)之间的平均相遇间隔：其中，表示vi，vj在第m次、第m+1次连续两次相遇的时间间隔，表示节点vi，vj第m次相遇的时刻，其中m＝0时，则表示为节点vi，vj的n次连续相遇间隔时间序列；(2)计算两个节点vi，vj之间在时间T内的相遇概率：(3)随着网络的运行，利用上述两个计算公式在每个移动节点内部生成一个n+1维的、记录它与所有节点在时间T内相遇概率的向量表qi＝(qi,0,qi,1,qi,2,…,qi,n-1,qi,AP)，其中qi,i＝1表示节点自身的概率，如果节点vi，vj之间在历史上没有过相遇则qi,j＝0，表示节点vi，vj的相遇概率为0。进一步的，所述步骤S4和S5中，移动节点在每个时隙检测所携带消息的生存时间，从缓存中丢弃生存时间已超时的消息，当收到一个新的消息转发请求时，如果剩余空间不足，则丢弃缓存中最早接收的消息，以腾出足够的空闲空间存储新消息。进一步的，所述步骤S3中，AP节点为每个节点生成路由决策表的具体步骤为：S3-1、当AP节点接收到各移动节点上传的相遇概率向量表之后，首先将所有移动节点的向量表汇总形成一个相遇概率矩阵Q：其中，qi,i＝1；S3-2、基于相遇概率矩阵Q，AP节点动态地构建一个描述网络全局拓扑结构的不确定性图G＝(V,E,p)；其中，V＝{v0,v1,v2,…,vn-1,AP}为所有节点的集合，E＝{ei,j}为所有边的集合，如果两个节点vi，vj在历史上建立过连接则存在一条边ei,j，p:E→(0,1]是为每条边分配权重的函数，权重的大小为两个节点的相遇概率，即p(ei,j)＝qi,j；S3-3、基于不确定性图G＝(V,E,p)计算网络中每对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于可计算AP的机会网络路由转发方法，其特征在于：/n所述机会网络中有n个移动节点v

【技术特征摘要】
1.一种基于可计算AP的机会网络路由转发方法，其特征在于：
所述机会网络中有n个移动节点vi和一个固定的AP节点；每个移动节点都维护有一张记录它与其它所有节点相遇概率的向量表；
所述方法包括以下步骤：
S1、当移动节点在移动过程中进入AP节点的信号覆盖范围时，移动节点将其相遇概率向量表上传到AP节点；
S2、AP节点根据所有移动节点上传的相遇概率向量表，依据网络中所有节点之间的历史相遇情况构建一个表示整个网络节点之间连接关系的不确定图；
S3、AP节点利用该不确定图计算生成全局路由决策表，进而生成所有节点的路由决策表，并在移动节点每次上传相遇概率向量表的同时将路由决策表下发给移动节点；
S4、移动节点收到路由决策表后依顺序检测消息的目标节点的ID标识，找到目标节点对应的转发结点集合，首先判断AP节点是否在消息的转发结点集合中：
如果AP节点在此集合中，则移动节点将消息上传到AP节点，由AP节点代为转发；如果AP节点不在此集合中，那么移动节点携带消息待到合适的机会再转发；
S5、在移动过程中，当移动节点与其他节点相遇时，判断此节点是否属于消息的转发节点集合，如果属于就将消息转发给相遇节点，如果不属于则继续携带。


2.根据权利要求1所述的基于可计算AP的机会网络路由转发方法，其特征在于：每个移动节点维护有一张记录它与网络中其它所有节点相遇概率的向量表，相遇概率的计算和维护过程具体为：
(1)计算网络中的任意一对节点(vi，vj)之间的平均相遇间隔：



其中，表示vi，vj在第m次、第m+1次连续两次相遇的时间间隔，表示节点vi，vj第m次相遇的时刻，其中m＝0时，则表示为节点vi，vj的n次连续相遇间隔时间序列；
(2)计算两个节点vi，vj之间在时间T内的相遇概率：



(3)随着网络的运行，利用上述两个计算公式在每个移动节点内部生成一个n+1维的、记录它与所有节点在时间T内相遇概率的向量表qi＝(qi,0,qi,1,qi,2,…,qi,n-1,qi,AP)，其中qi,i＝1表示节点自身的概率，如果节点vi，vj之间在历史上没有过相遇则qi,j＝0，表示节点vi，vj的相遇概率为0。


3.根据权利要求1所述的基于可计算AP的机会网络路由转发方法，其特征在于：所述步骤S4和S5中，移动节点在每个时隙检测所携带消息的生存时间，从缓存中丢弃生存时间已超时的消息，当收到一个新的消息转发请求时，如果剩余空间不足，则丢弃缓存中最早接收的消息，以腾出足够的空闲空间存储新消息。


4.根据权利要求1所述的基于可计算AP的机会网络路由转发方法，其特征在于：所述步骤S3中，AP节点为每个节点生成路由决策表的具体步骤为：
S3-1、当AP节点接收到各移动节点上传的相遇概率向量表之后，首先将所有移动节点的向量表汇总形成一个相遇概率矩阵Q：



其中，qi,i＝1；
S3-2、基于相遇概率矩阵Q，AP节点动态地构建一个描述网络全局拓扑结构的不确定性图G＝(V,E,p)；
其中，V＝{v0,v1,v2,…,vn-1,AP}为所有节点的集合，E＝{ei,j}为所有边的集合，如果两个节点vi，vj在历史上建立过连接则存在一条边ei,j，p:E→(0,1]是为每条边分配权重的函数，权重的大小为两个节点的相...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峰，董佳佳，曹梦珂，兰宇晴，刘泉明，包敏杨，刘杰民，
申请(专利权)人：东北大学秦皇岛分校，
类型：发明
国别省市：河北;13