一种容迟容断网络的路由算法制造技术

本发明专利技术提供一种容迟容断网络（DNT）的EDHO路由算法，特别针对基于知识预测的路由算法进行了设计，该算法共包括４个步骤：１）历史规律预测知识库的建立；２）节点连接可靠度RM的计算；３）选路指标WRM的计算；４）EDHO算法路由的建立和更新；其中历史规律预测知识库根据网络拓扑信息构建，RM根据历史规律预测知识库进行计算，选路指标WRM由可靠度RM的值确定，而路由表根据选路指标进行建立和更新。该算法能优化DTN网络中高连接间断性引起的消息丢失问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于容迟容断网络（DTN）中的路由
，特别涉及一种容迟容断网络的路由算法，该算法基于知识预测，主要针对DTN网络的高间断性连接引起的路由失败进行优化，致力于增加消息传输的成功率和路由可靠性。
技术介绍
在信息技术飞速发展的时代，网络的诞生为人类社会带来了前所未有的变革。在传统的Internet网络中，其节点保持端到端的持续连接，并且数据链路有一致的上行和下行信道速率，消息传输过程中保持高数据率、低误码率等，这类网络的体系结构是以TCP/IP协议簇为基础的，普遍适用于大部分的网络应用。但随着人们对信息获取需求的日益增加，特别是近年来部署在极端环境下的挑战性网络，这类网络经常是处于连接频繁间断、高延迟、上行和下行数据率不对称、高误码率、高丢包率等状态，并且网络间经常是异构互连的，与传统网络的特点有很大的差异，这使得传统的TCP/IP协议簇无法有效地应用在这种网络中。例如，在深空通信中，由于卫星传感器数量十分有限，其节点往往布置比较稀疏，难以构成网状结构，容易造成网络的割裂；布置在野生动物身上的传感器，这些节点可构成移动传感器网络，这种情况会由于动物的移动导致某些传感器节点距离太远，导致被孤立，没有可用的端到端连接；海洋、湖泊环境下的水声传感网，为了节省节点能量会让节点在不工作的情况下处于休眠或者关闭的状态，但这种情况容易造成无法连接的状态。上述具有间歇连接、频繁割裂、时延极高等特性的网络称为容迟容断网络(Delay Tolerant Network,简称DTN)。无论是传统TCP/IP协议簇网络还是DTN网络，路由都是实现消息传递的关键技术，是全网间通信的保证，是提高网络连接性的基础。对于DTN网络处于连接频繁间断、高延迟、上行和下行数据率不对称、高误码率、高丢包率等状态，并且节点性能低下，经常出现缓存不足，能量耗尽，不定期的的休眠或关闭的情况，节点间的连接往往无法保证永久存在，所以消息的传递通常需要依靠中继节点，以存储、保持、转发的方式进行路由。因此，对于传统Internet网络的路由，其适用性已经不能满足DTN网络苛刻的条件，DTN网络研究领域的一个重要问题就是路由问题，良好稳健的路由算法是提高DTN网络消息转发成功率、降低平均延迟和能量、提高网络通信能力的重要因素。路由算法确定一条路径与很多因素有关，如网络动态拓扑的特征、节点能力等。这些因素可抽象成知识库，这是对DTN网络拓扑信息的一种量化的表示。相对完整的知识预测能够找出最优化的路由，这种算法性能最好，但实现起来也很复杂，而不完整的知识预测找出的路由可能不是最优的，算法性能也不是最好的，但实现起来会比较简单，本专利技术以先验知识作为路由算法的输入变量，研究知识与路由算法性能间的关系。DTN网络的通信依靠的是节点通过路由算法对消息的转发。每个消息包含4个要素，可用(u，v，t，m)表示，u表示源节点，v表示目的节点，t表示这个消息什么时刻进入这个网络传输，m表示这个消息的大小，或者说是消息数据包所占的字节数，DTN网络的消息大小不是固定的。按照知识库的多寡与路由算法性能之间的关系，可以把知识库分为四类：连接接触概要预测知识库、连接接触预测知识库、队列预测知识库、通信需求预测知识库。连接接触概要预测知识库：这种知识预测提供的是网络中所有节点连接的概要信息，例如任意两个节点之间连接出现的情况，但提供的仅仅是全网的一种平均信息，或者说是所有节点连接的平均延迟。这种知识库是对全网的概要预测，相关的算法只能以此来大概的计算出路径，因此这种知识预测表示的是非时变特性，不能适用于时变的路由算法。连接接触预测知识库：这种知识库比概要预测的更加具体，它不提供平均化水平的全网连接信息，而是把连接信息精确到了某个时刻，某两个节点。这种知识库提供的是时变的信息，如果通过该知识库，能提前计算出未来某一时刻某两节点之间的连接信息，那么该知识库就可用于时变的路由算法。队列预测知识库：前两种预测知识库描述的两节点间的连接状况，队列预测知识库描述的节点本身的特性，描述的是节点缓存的队列大小，可分为本地队列预测和全局队列预测。本地队列预测只能提供消息所在节点的任意时刻的队列信息，而网络中其他节点的队列信息无法获取；全局队列预测能提供网络中任意节点任意时刻的队列信息。还有一点要说明的是，这种知识库不仅仅与网络本身的特性有关，还与选择的路由算法和传送的消息有关。队列预测知识库分为本地队列预测和全局队列预测，前者只考虑本节点单独的队列信息，后者包括网络中所有节点的队列信息。通信需求预测知识库：该预测知识库涵盖了任意时刻网络中的通信需求信息，这些信息能把进入网络中的消息根据特定的需求进行合理的安排，从而往往会得到一个最优最可靠的路由，但算法的计算方法很复杂，实现起来也比较困难。按知识库的完备性可把路由算法分为三大类：零预测知识库路由算法，部分预测知识库路由算法，完全预测知识库路由算法。零预测知识库路由算法不采用任何预测知识库的内容，这类算法实现起来十分容易，主要就是随机的选择一个可用连接进行路由转发，它是DTN所有路由算法性能的一个最低下限。这类算法只有最先连接算法FC(First Contact)，该算法没用采用任何预测知识库，它是一种逐跳路由算法，每个节点随机从可用的连接接触中选择一个来转发消息，如果某一时刻不存在可用的连接，消息会先保存在节点缓存中，一旦有连接出现则立即转发。部分预测知识库主要指的是连接接触概要预测知识库、连接接触预测知识库、以及队列预测知识库，或者是由它们的多种组合构成，但不包含通信需求预测知识库。部分预测知识库算法的基本思想是计算每条边上的链路延迟，然后给每条边的延迟设定一个权值，这些权值根据所选择的知识库的不同，可能是非时变的，也可能是时变的。路由算法选出一些延迟权值最小的边，就能得出一条最短延迟路径。所以计算边权值是这类路由算法的核心，而算法所选择的知识库对权值的计算有着重要的影响，因为知识库的预测信息量越多，计算的权值越符合实际网络的情况。这类算法主要有最小预期延迟算法MED(Minimum Expected Delay)、最早传递算法ED(Earliest Delivery)、考虑本地队列的最早传递法EDLQ(Earliest Delivery with Local Queue)、考虑全局队列的最早传递算法EDAQ(Earliest Delivery with All Queue)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种容迟容断网络的EDHO路由算法，其特征在于，该算法共包括4个步骤：1）历史规律预测知识库的建立；2）节点连接可靠度RM的计算；3）选路指标WRM的计算；4）EDHO算法路由的建立和更新；其中历史规律预测知识库根据网络拓扑信息构建，RM根据历史规律预测知识库进行计算，选路指标WRM由可靠度RM的值确定，而路由表根据选路指标进行建立和更新。

【技术特征摘要】
1.一种容迟容断网络的EDHO路由算法，其特征在于，该算法共
包括4个步骤：1）历史规律预测知识库的建立；2）节点连接可靠
度RM的计算；3）选路指标WRM的计算；4）EDHO算法路由的
建立和更新；其中历史规律预测知识库根据网络拓扑信息构建，RM
根据历史规律预测知识库进行计算，选路指标WRM由可靠度RM的
值确定，而路由表根据选路指标进行建立和更新。
2.根据权利要求1所述的算法，其特征在于，所述步骤1）中历
史规律预测知识库根据迟容断网络的链路特性建立，以历史规律信息
表格式保存在每个节点中，主要内容包括时间窗口W、在时间窗内本
节点与另一节点的连接次数、时间窗内每一次连接的起始时间、时间
窗内每一次连接的终止时间以及时间窗内每一次连接持续时间。
3.根据权利要求1所述的算法，其特征在于，所述步骤2）中节点
连接可靠度RM与时间窗口W内连接持续时间与连接间隔次数有关，
RM值越大表示节点可靠度越高，消息传输成功率越高。
4.根据权利要求3所述的算法，其特征在于，对于节点s和与另一
节点相连的边e，在时间窗大小为W的情况下，t时刻两节点的连接
可靠度RM(e，t，W，s)定义如下：
RM(e,t,W,s)...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘涛，唐路，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：