本发明属于时延容忍网络(英文：DelayTolerantNetworks，缩写：DTN)
技术领域：
，涉及一种时延容忍网络的路由实现方法和实现装置。
背景技术：
：DTN中节点运动具有随意性，同时网络拓扑随节点运动动态变化且网络资源有限，上述问题使得此种网络架构下路由机制的设计成为其研究重点。为了保证数据传递的可靠性，现有的路由机制均采用“多备份+控制”的方式来实现，节点根据当前网络状态选取合适的中继节点与转发时机。DTN体系架构下，为了提高数据投递的可靠性，节点运动过程中需要通过无线接口不断侦听周围环境以便发现其邻居节点，大量的节点能量将被这些相关操作过程消耗，使得节点由于能量耗尽脱离网络，会导致网络的短暂分裂，导致网络连通性降低，性能急剧下降。公开于该
背景技术：
部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。技术实现要素：技术问题有鉴于此，本发明要解决的技术问题是，如何提供一种时延容忍网络的路由实现方法和实现装置能够合理解决DTN网络中节点能量利用不充分问题。解决方案为解决以上技术问题，本发明在第一方面提供一种时延容忍网络的路由实现方法，包括：通过所述时延容忍网络中节点的初始能量、所述节点进行消息转发消耗的能量、所述节点接收消息消耗的能量以及监听邻居节点消耗的能量，确定所述节点的剩余能量；在预设的更新周期内，记录所述时延容忍网络中两个所述节点之间的相遇间隔序列以获得历史相遇间隔，并对所述历史相遇间隔进行更新；根据所述节点的剩余能量和所述历史相遇间隔计算所述节点的效用值；根据所述节点的效用值，向所述节点转发消息。在一种可能的实现方式中，通过所述时延容忍网络中节点的初始能量、所述节点进行消息转发消耗的能量、所述节点接收消息消耗的能量以及监听邻居节点消耗的能量，确定所述节点的剩余能量包括：根据第一公式和第二公式确定所述节点的剩余能量，所述第一公式为：所述第二公式为：其中，Et为所述节点进行消息转发消耗的能量，Er为所述节点接收消息消耗的能量，El为所述监听邻居节点消耗的能量，et是节点转发单位字节所需能耗，er是节点接收单位字节所需能耗，el是节点单位时间监听邻居节点所需能耗，Si是消息的大小，Δt是监听时间，m是转发消息的数量，n是接收消息的数量，di(1＜＜i＜＜n)为所述时延容忍网络中的一个节点，为节点di的总能耗，Ei为节点di的剩余能量，为节点di的初始能量。在一种可能的实现方式中，在预设的更新周期内，记录所述时延容忍网络中两个所述节点之间的相遇间隔序列以获得历史相遇间隔，并对所述历史相遇间隔进行更新，包括：根据第三公式，对所述历史相遇间隔进行更新，所述第三公式为ET(a,b)＝α·Ival+(1-α)·ET(a,b)old，其中，ET(a,b)是节点da与节点db之间的历史相遇间隔，初次相遇时设置为更新周期T，xi＝CT2-CT1是单次相遇间隔，其中CT1、CT2分别是节点da与节点db上次断开时间与相遇时间，在更新周期T内，节点da记录与节点db全部的相遇间隔序列，历史相遇间隔其中m为在周期T内的相遇次数。在一种可能的实现方式中，在预设的更新周期内，记录所述时延容忍网络中两个所述节点之间的相遇间隔序列以获得历史相遇间隔，并对所述历史相遇间隔进行更新，包括：根据第四公式，对所述历史相遇间隔进行更新，所述第四公式为其中，β∈(0,1)。在一种可能的实现方式中，根据所述节点的剩余能量和所述历史相遇间隔计算所述节点的效用值，包括：根据第五公式计算所述节点的效用值，所述第五公式为U(i,d)=γ·10-ET(i,d)/T+(1-γ)(EiEi0)14]]>其中，γ∈(0,1)是权重因子，ET(i,d)/T∈(0,1]，为解决以上技术问题，本发明在第二方面提供一种时延容忍网络的路由实现装置，包括：确定模块，用于通过所述时延容忍网络中节点的初始能量、所述节点进行消息转发消耗的能量、所述节点接收消息消耗的能量以及监听邻居节点消耗的能量，确定所述节点的剩余能量；更新模块，用于在预设的更新周期内，记录所述时延容忍网络中两个所述节点之间的相遇间隔序列以获得历史相遇间隔，并对所述历史相遇间隔进行更新；计算模块，用于根据所述节点的剩余能量和所述历史相遇间隔计算所述节点的效用值；转发模块，用于根据所述节点的效用值，向所述节点转发消息。在一种可能的实现方式中，所述确定模块用于：根据第一公式和第二公式确定所述节点的剩余能量，所述第一公式为：所述第二公式为：其中，Et为所述节点进行消息转发消耗的能量，Er为所述节点接收消息消耗的能量，El为所述监听邻居节点消耗的能量，et是节点转发单位字节所需能耗，er是节点接收单位字节所需能耗，el是节点单位时间监听邻居节点所需能耗，Si是消息的大小，Δt是监听时间，m是转发消息的数量，n是接收消息的数量，di(1＜＜i＜＜n)为所述时延容忍网络中的一个节点，为节点di的总能耗，Ei为节点di的剩余能量，为节点di的初始能量。在一种可能的实现方式中，所述更新模块用于：根据第三公式，对所述历史相遇间隔进行更新，所述第三公式为ET(a,b)＝α·Ival+(1-α)·ET(a,b)old，其中，ET(a,b)是节点da与节点db之间的历史相遇间隔，初次相遇时设置为更新周期T，xi＝CT2-CT1是单次相遇间隔，其中CT1、CT2分别是节点da与节点db上次断开时间与相遇时间，在更新周期T内，节点da记录与节点db全部的相遇间隔序列，历史相遇间隔其中m为在周期T内的相遇次数。在一种可能的实现方式中，所述更新模块还用于：根据第四公式，对所述历史相遇间隔进行更新，所述第四公式为其中，β∈(0,1)。在一种可能的实现方式中，所述计算模块用于：根据第五公式计算所述节点的效用值，所述第五公式为U(i,d)=γ·10-ET(i,d)/T+(1-γ)(EiEi0)14]]>其中，γ∈(0,1)是权重因子，ET(i,d)/T∈(0,1]，有益效果本发明提供的一种时延容忍网络的路由实现方法和实现装置，通过所述时延容忍网络中节点的初始能量、所述节点进行消息转发消耗的能量、所述节点接收消息消耗的能量以及监听邻居节点消耗的能量，确定所述节点的剩余能量；在预设的更新周期内，记录所述时延容忍网络中两个所述节点之间的相遇间隔序列以获得历史相遇间隔，并对所述历史相遇间隔进行更新；根据所述节点的剩余能量和所述历史相遇间隔计算所述节点的效用值；根据所述节点的效用值，向所述节点转发消息，能够根据中继节点的能量使用情况进行消息的转发以提高能量利用率，通过历史相遇间隔时间进行节点间社会关系紧密程度的衡量，能够更好的抓住节点的社会性质，通过节点效用值作为进行消息转发的直接判据，能够使消息沿着目的节点方向进行，为能量受限网络提供新的技术上的支持。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。附图说明包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。图1示出本发明实施例提供的一种时延容忍网络的路由实现方法的流程图；图2示出延迟容忍网络消息转发模型图；图3示出基于社会关系的网络拓扑结构示意图；图4示出更新单跳历史相遇间隔时间的流程图；图5示出本发明另一实施例提供的一种时延容忍网络的路由实现方法的流程图；图6示出本发明实施例提供的一种时延容忍网络的路由实现装置的结构示意图。具体实施方式下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。实施例1图1示出本发明实施例提供的一种时延容忍网络的路由实现方法的流程图，如图所示，该方法包括：步骤S1、通过所述时延容忍网络中节点的初始能量、所述节点进行消息转发消耗的能量、所述节点接收消息消耗的能量以及监听邻居节点消耗的能量，确定所述节点的剩余能量。在一种可能的实现方式中，本步骤可以包括：节点的能量损耗主要集中于消息转发Et、消息接收Er与信道监听El3个方面。消息转发能耗主要描述了节点转发其相遇节点携带消息所消耗的能量，通常节点转发的消息越多，消耗的能量越大，节点接收能耗与转发能耗类似。信道监听能耗是指为感知邻居节点进行信道扫描时所消耗的能量。三种能耗可由公式(1)表示：Et=et·Σi=1mSiEr=er·Σi=1nSiEl=el·Δt---(1)]]>其中et是节点转发单位字节所需能耗，er是节点接收单位字节所需能耗，el是节点单位时间监听邻居节点所需能耗。Si是消息的大小，Δt是监听时间，m是转发消息的数量，n是接收消息的数量。用D＝{d1,d2,…,dn}代表DTN网络中的节点，di(1＜＜i＜＜n)代表其中的一个节点。节点di的总能耗以及当前剩余能量Ei可以用公式(2)表示，其中为节点di的初始能量。Eic=Et+Er+ElEi=Ei0-Eic---(2)]]>步骤S2、在预设的更新周期内，记录所述时延容忍网络中两个所述节点之间的相遇间隔序列以获得历史相遇间隔，并对所述历史相遇间隔进行更新。da,db,dd(1≤a,b,d≤n)是DTN网络中的三个节点。ET(a,b)是节点da与节点db在多个更新周期之间的历史相遇间隔，初次相遇时设置为更新周期T。xi＝CT2-CT1是单次相遇间隔，其中CT1、CT2分别是节点da与节点db上次断开时间与相遇时间。在每个更新周期T内，节点da记录与节点db全部的相遇间隔序列，每个相遇间隔序列具有同等地位，因此一个周期T内的平均历史相遇间隔其中m为在周期T内的相遇次数。历史相遇间隔的更新如公式(3)所示，其中α∈(0,1)，将使历史相遇间隔值趋近于最近观测到的数据。ET(a,b)＝α·Ival+(1-α)·ET(a,b)old(3)如果在周期T内节点da与节点db没有相遇，则Ival＝T，并继续用公式(3)更新历史相遇间隔，直到ET(a,b)＝T，即使不在相遇也不在更新。多跳的历史相遇间隔可以用公式(4)更新，其中β∈(0,1)，代表了传递性对相遇间隔的影响。ET(a,d)=min{ET(a,d),ET(a,b)+ET(b,d)β}s.t.ET(a,d)>ET(a,d)+ET(b,d)---(4)]]>步骤S3、根据所述节点的剩余能量和所述历史相遇间隔计算所述节点的效用值。节点的能量和历史相遇间隔对节点效用值具有重要影响，节点di与节点dd的效用值用公式(5)表示，其中，γ∈(0,1)是权重因子，ET(i,d)/T∈(0,1]；U(i,d)=γ·10-ET(i,d)/T+(1-γ)(EiEi0)14---(5)]]>步骤S4、根据所述节点的效用值，进行消息转发。具体包括：两节点相遇后，节点会记录历史相遇间隔序列，并交换彼此对其他节点的效用值。节点的效用值因节点之间的频繁相遇而增大。所有消息均按照先入先出原则进入发送队列。当节点da与中继节点db相遇，节点da存在传递给节点dd的消息，节点da会利用效用值来判断是否将消息转发给节点db，如果U(a,d)＜U(b,d)，节点da会将消息转发给节点db。对于一个节点中重复发送的消息，如果∑U(i,d)≥1，节点会删除此消息。其中∑U(i,d)表示已经接收此消息的节点的效用值之和。如此可以控制网络中消息的副本数量。本发明提供的一种时延容忍网络的路由实现方法和实现装置，通过所述时延容忍网络中节点的初始能量、所述节点进行消息转发消耗的能量、所述节点接收消息消耗的能量以及监听邻居节点消耗的能量，确定所述节点的剩余能量；在预设的更新周期内，记录所述时延容忍网络中两个所述节点之间的相遇间隔序列以获得历史相遇间隔，并对所述历史相遇间隔进行更新；根据所述节点的剩余能量和所述历史相遇间隔计算所述节点的效用值；根据所述节点的效用值，向所述节点转发消息，能够根据中继节点的能量使用情况进行消息的转发以提高能量利用率，通过历史相遇间隔时间进行节点间社会关系紧密程度的衡量，能够更好的抓住节点的社会性质，通过节点效用值作为进行消息转发的直接判据，能够使消息沿着目的节点方向进行，为能量受限网络提供新的技术上的支持。应用例为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供本应用例进行说明。图2示出延迟容忍网络消息转发模型图，如图2所示，网络中存在4个节点S、R、L、P，每个节点都是独立运动的。节点S生成了一个目标为节点P的消息，此时节点S没有可用的连接，当节点S进入节点R的通信范围时，就会按照一定的路由规则将信息转发给节点R，之后节点R就会携带消息移动。同样地，当节点R和节点L接触时，R会将消息给L，直到L遇到目的节点P，则一次交付完成。在转发过程中，节点转发消息后是保留该信息还是删除该信息要取决特定的路由协议。图3示出基于社会关系的网络拓扑结构示意图，如图3所示基于社会关系的网络由许多相互独立的社区组成，不同社区之间节点的联系较少甚至是相互间断的，而同一社区间的节点联系却很紧密。为便于理解，以人类社会作为一个形象的比喻，人类的社会属性决定了人类总是在特定的环境里与熟悉的朋友、亲人、同事交行交流，从而形成了一个特定的社区，社区里的人构成社区的节点，这个社区里的一部分人相对于社区里的其他人是活跃的，例如邮递员、出租车等，他们是沟通本社区与其他社区进行联系的媒介。在一个社区中，不同的人的社会分工是不同的，然而同一个社区的成员是频繁接触的，也就是说他们之间相遇的间隔是比较短的。可以利用相遇时间间隔代表节点间的亲密程度，历史相遇时间间隔越小，节点之间越亲密，节点更愿意将消息转发给亲密的人。图4示出更新单跳历史相遇间隔时间的流程图，如图4所示，根据节点之间的历史相遇间隔判断它们的亲密程度，转发消息给离目的节点更亲近的节点，使得消息朝更靠近目的节点方向发送。da,db,dd(1≤a,b,d≤n)是DTN网络中的三个节点。ET(a,b)是节点da与节点db之间的历史相遇间隔，初次相遇时设置为更新周期T。xi＝CT2-CT1是单次相遇间隔，其中CT1、CT2分别是节点da与节点db上次断开时间与相遇时间。在更新周期T内，节点da记录与节点db全部的相遇间隔序列，每个相遇间隔序列具有同等地位，因此历史相遇间隔其中m为在周期T内的相遇次数。历史相遇间隔的更新如公式(3)所示，其中α∈(0,1)，将使历史相遇间隔值趋近于最近观测到的数据。ET(a,b)＝α·Ival+(1-α)·ET(a,b)old(3)如果在周期T内节点da与节点db没有相遇，则Ival＝T，并继续用公式(3)更新历史相遇间隔，直到ET(a,b)＝T，即使不在相遇也不在更新。多跳的历史相遇间隔可以用公式(4)更新，其中β∈(0,1)，代表了传递性对相遇间隔的影响。ET(a,d)=min{ET(a,d),ET(a,b)+ET(b,d)β}s.t.ET(a,d)>ET(a,d)+ET(b,d)---(4)]]>图5示出本发明另一实施例提供的一种时延容忍网络的路由实现方法的流程图，以节点da为例进行说明，具体处理步骤如下：1)节点da能量不断被消息接收、转发以及监听邻居节点所消耗，如果能量耗尽，节点会脱离网络。2)当节点da与中继节点db相遇时，节点da会记录历史相遇间隔序列，并交换彼此对其他节点的效用值。3)节点dα中的所有消息均按照先入先出原则进入消息发送队列。4)若待发送消息的目的节点是db，节点da将消息转发给db，并从缓存队列中删除该消息，同时将发送队列中消息删除。5)若待发送消息的目的节点是dd，节点da会利用效用值来判断是否将消息转发给节点db，如果U(a,d)＜U(b,d)，节点da会将消息转发给节点db，并从消息发送队列中传删除此消息。6)对于节点da中重复发送的消息，如果∑U(i,d)≥1，节点会从缓存中删除此消息。其中∑U(i,d)表示已经接收此消息的节点的效用值之和。如此可以控制网络中消息的副本数量。本发明提供的一种时延容忍网络的路由实现方法和实现装置，通过所述时延容忍网络中节点的初始能量、所述节点进行消息转发消耗的能量、所述节点接收消息消耗的能量以及监听邻居节点消耗的能量，确定所述节点的剩余能量；在预设的更新周期内，记录所述时延容忍网络中两个所述节点之间的相遇间隔序列以获得历史相遇间隔，并对所述历史相遇间隔进行更新；根据所述节点的剩余能量和所述历史相遇间隔计算所述节点的效用值；根据所述节点的效用值，向所述节点转发消息，能够根据中继节点的能量使用情况进行消息的转发以提高能量利用率，通过历史相遇间隔时间进行节点间社会关系紧密程度的衡量，能够更好的抓住节点的社会性质，通过节点效用值作为进行消息转发的直接判据，能够使消息沿着目的节点方向进行，为能量受限网络提供新的技术上的支持。实施例2图6示出本发明实施例提供的一种时延容忍网络的路由实现装置，如图6所示，该装置10包括：确定模块110、更新模块120、计算模块130和转发模块140。确定模块110，用于通过所述时延容忍网络中节点的初始能量、所述节点进行消息转发消耗的能量、所述节点接收消息消耗的能量以及监听邻居节点消耗的能量，确定所述节点的剩余能量。更新模块120，用于在预设的更新周期内，记录所述时延容忍网络中两个所述节点之间的相遇间隔序列以获得历史相遇间隔，并对所述历史相遇间隔进行更新。计算模块130，用于根据所述节点的剩余能量和所述历史相遇间隔计算所述节点的效用值。转发模块140，用于根据所述节点的效用值，向所述节点转发消息。在一种可能的实现方式中，确定模块110用于：根据第一公式和第二公式确定所述节点的剩余能量，所述第一公式为：所述第二公式为：其中，Et为所述节点进行消息转发消耗的能量，Er为所述节点接收消息消耗的能量，El为所述监听邻居节点消耗的能量，et是节点转发单位字节所需能耗，er是节点接收单位字节所需能耗，el是节点单位时间监听邻居节点所需能耗，Si是消息的大小，Δt是监听时间，m是转发消息的数量，n是接收消息的数量，di(1＜＜i＜＜n)为所述时延容忍网络中的一个节点，为节点di的总能耗，Ei为节点di的剩余能量，为节点di的初始能量。具体实现步骤与实施例1中步骤S1类似，在此不再赘述。在一种可能的实现方式中，更新模块120用于：根据第三公式，对所述历史相遇间隔进行更新，所述第三公式为ET(a,b)＝α·Ival+(1-α)·ET(a,b)old，其中，ET(a,b)是节点da与节点db之间的历史相遇间隔，初次相遇时设置为更新周期T，xi＝CT2-CT1是单次相遇间隔，其中CT1、CT2分别是节点da与节点db上次断开时间与相遇时间，在更新周期T内，节点da记录与节点db全部的相遇间隔序列，历史相遇间隔其中m为在周期T内的相遇次数。在一种可能的实现方式中，所述更新模块120还用于：根据第四公式，对所述历史相遇间隔进行更新，所述第四公式为其中，β∈(0,1)。具体实现步骤与实施例1中步骤S2类似，在此不再赘述。在一种可能的实现方式中，所述计算模块130用于：根据第五公式计算所述节点的效用值，所述第五公式为其中，γ∈(0,1)是权重因子，ET(i,d)/T∈(0,1]，具体实现步骤与实施例1中步骤S3类似，在此不再赘述。本发明提供的一种时延容忍网络的路由实现装置，通过所述时延容忍网络中节点的初始能量、所述节点进行消息转发消耗的能量、所述节点接收消息消耗的能量以及监听邻居节点消耗的能量，确定所述节点的剩余能量；在预设的更新周期内，记录所述时延容忍网络中两个所述节点之间的相遇间隔序列以获得历史相遇间隔，并对所述历史相遇间隔进行更新；根据所述节点的剩余能量和所述历史相遇间隔计算所述节点的效用值；根据所述节点的效用值，向所述节点转发消息，能够根据中继节点的能量使用情况进行消息的转发以提高能量利用率，通过历史相遇间隔时间进行节点间社会关系紧密程度的衡量，能够更好的抓住节点的社会性质，通过节点效用值作为进行消息转发的直接判据，能够使消息沿着目的节点方向进行，为能量受限网络提供新的技术上的支持。前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。当前第1页1 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