一种基于电磁环境的机会无线传感器网络消息转发方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无线传感器网络中消息的转发方法，特别涉及一种机会无线传感 器网络中消息的转发方法。
【背景技术】
[0002] 机会无线传感器网络采用"存储-携带-转发"的路由模式进行消息的转发，这 就要求网络中的节点积极参与网络合作才能保证消息成功交付到目的节点。现有的机会 无线传感器网络为了保证较高的消息交付率，通常采用的是多副本路由算法，如Epidemic、 SprayandWait等。多副本路由算法虽然在一定程度上提高了消息成功交付的概率，但是 网络中消息的多个副本在节点间大量发射和传递，会引起周围环境的电磁辐射增加。同时， 网络中部分节点由于自私性而不能积极参与消息的合作转发，将大幅降低消息成功交付的 概率。
【发明内容】
[0003] 为了解决现有机会无线传感器网络消息转发存在的上述技术问题，本发明提供一 种基于电磁环境的机会无线传感器网络消息转发方法，本发明解决了机会无线传感器网络 中大量消息发射引起的电磁辐射增加、自私节点不合作造成消息交付率低等问题。
[0004] 本发明解决上述技术问题的技术方案包括以下步骤：
[0005] 1)、机会无线传感器网络中相遇的两个节点互相给对方发送自身缓存已存储的消 息列表，并将自身已存储消息列表与收到的消息列表进行比较，根据转发决策给对方节点 发送一个消息请求列表；
[0006] 2)、节点收到对方节点的消息请求列表以后，根据优先级顺序逐个转发消息请求 列表中的消息；
[0007] 3)、如果对方节点拒绝按照消息请求列表转发消息，强互惠节点将对方节点加入 自私节点黑名单信息列表，并上传至中心数据库；
[0008] 4)、强互惠节点从中心数据库下载最新的自私节点黑名单信息列表，并根据黑名 单信息列表对自私节点进行惩罚；
[0009] 5)、自私节点为了避免持续受到强互惠节点的惩罚，则会积极参与网络合作，努力 提高自身转发消息的概率，将自身信息从中心数据库的黑名单列表抹去。
[0010] 上述的基于电磁环境的机会无线传感器网络消息转发方法中，所述步骤1)中，节 点的转发决策为：
[0011] 节点把对方节点缓存中包含的以自身、自身所在群组区域内的节点以及自身所在 群组相邻群组区域内节点为目的节点的消息加入消息请求列表，等待对方节点按照消息请 求列表完成消息的转发任务。
[0012] 消息的目的节点所在群组是相遇两节点的共同从属群组时，通过如下公式计算相 遇两节点处在k-1群组区域条件下进入k群组的概率，并比较得到的两个概率值大小，该概 率值大者将此类消息加入消息请求列表，等待概率值小的节点将此类消息转发给概率值大 的节点。
[0013]
[0014] 其中，Pa(at_groupk丨）表示节点a处在群组k-1区域的概率，Pa(into_groupk)表 示节点a进入群组k区域的概率，Pa(at_groupkiIinto_groupk)表示节点进入群组k的情 况下之前处在群组k-1区域的概率。通过该决策避免节点盲目转发消息，减少消息发射数 量，从而降低电磁福射。
[0015] 上述的基于电磁环境的机会无线传感器网络消息转发方法，所述步骤2)中消息 请求列表优先级顺序如下：节点把对方节点包含的以自身为目的节点的消息设置为第一优 先级；把目的节点所在群组是相遇两节点共同从属群组的消息设置为第二优先级；把目的 节点只与自身具有相同群组编号的消息设置为第三优先级；把目的节点从属于自身所在群 组的邻居群组的消息设置为最低优先级。
[0016] 上述的基于电磁环境的机会无线传感器网络消息转发方法中，所述步骤4)中，强 互惠节点对自私节点进行惩罚时，自私节点的收益U与成本G之比为：
[0018] 其中k表示节点单位时间内所能遇到的其他节点个数，C表示强互惠节点占所有 节点的比例，P是自私节点的合作概率，At表示强互惠节点对自私节点的平均惩罚时间，a 表示相遇两节点的平均消息交换数，e表示节点转发一条消息的能量损耗，e'表示节点单 位时间内的能量损耗。
[0019] 上述的基于电磁环境的机会无线传感器网络消息转发方法中，所述步骤5)中，自 私节点的合作概率P的表达式为：
E是节点剩余能量百分比，co是自私节点转发消息的一个基础概率值，q是自私节点近期消 息被转发的频率，e是一个频率阀值。通过上述强互惠方法对自私节点不合作行为的惩罚 作用，提高自私节点转发消息的概率，从而提高消息的成功交付率。
[0022] 本发明的技术效果在于：本发明采用单副本路由模式，合理的选择消息目的节点 所属群组以及其邻居群组内节点进行中继转发，并结合强互惠方法限制自私节点的不合作 行为，既能够有效地解决多副本路由模式下大量消息发射引起的电磁辐射增加问题，又能 够有效提高消息的成功交付率。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明中消息转发流程图。
[0024] 图2为本发明中强互惠节点对自私节点的惩罚流程图。
【具体实施方式】
[0025] 本发明中所述的无线传感器网络是由具备短距离通信能力的移动智能终端（如 智能手机、pad等）构成，我们将这些移动智能终端称之为节点，节点之间通过蓝牙、红外线 等短距离无线通信方式进行自组网。
[0026] 所述的无线传感器网络节点可以从属于一个或多个群组，节点在其从属群组区域 内自由移动，当节点进入对方的通信范围时，即认为两个节点相遇，相遇节点根据转发决策 采用单副本模式进行消息的转发，节点将消息转发给相遇节点以后，自身不再保留该消息 的副本，通过减少消息的数量和发射次数降低电磁辐射。
[0027] 所述的无线传感器网络中主要有三类节点，分别是：合作节点，强互惠节点和自私 节点。合作节点是基本节点，能够积极参与网络中消息的合作转发；强互惠节点是一类具有 特殊功能的合作节点，除了具有合作节点的属性之外，还具有对自私节点进行惩罚的功能； 自私节点以一定的合作概率P参与网络中消息的转发，其合作概率与自身的缓存状况和剩 余电池能量有关。
[0028] 所述的无线传感器网络中强互惠节点维护着一个自私节点黑名单信息链表，强互 惠节点一旦发现节点的不合作行为，就会将该节点的自私行为和身份信息进行记录，并保 存在自私节点黑名单信息链表中。强互惠节点可以根据黑名单信息链表对遇到的自私节点 进行惩罚。
[0029] 所述的无线传感器网络包括一个中心数据库，该中心数据库存储着所有强互惠节 点上传的自私节点黑名单信息，并进行汇总和实时更新。强互惠节点进入中心数据库的覆 盖区域以后，就可以上传自身识别出来的自私节点黑名单信息，并下载其他强互惠节点上 传的自私节点黑名单信息。自私节点被加入中心数据库的黑名单信息表以后，为了避免持 续受到强互惠节点的惩罚，可以采取积极提高自身参与网络合作水平的方式将自己从中心 数据库的黑名单信息表中抹去。本发明通过结合强互惠方法限制自私节点不合作行为，既 能够降低大量消息发射引起的电磁辐射，又能够有效提高消息的成功交付率。
[0030] 本发明的具体操作步骤如下：
[0031] 步骤1 :无线传感器网络初始化，所有节点在其从属群组区域内自由移动，节点的 初始缓存空间和电池能量都相同。
[0032] 步骤2 :消息按照一定的产生速率并以任意节点为目的节点随机产生，在其生存 时间期限以内，网络中只存在消息的一个副本，超过生存期限时，携带该消息的节点将会将 其从缓存中删除。
[0033] 步骤3 :任意两个节点对进入互相的通信范围，即形成相遇。相遇的两个节点会互 相给对方发送一个包含自身已存储消息目录的列表，通过比较收到的消息列表与自身消息 列表，节点把对方节点缓存中包含的以自身、自身所在群组区域内的节点以及自身所在群 组相邻群组区域内节点为目的节点的消息加入消息请求列表Request并发送给对方，对方 节点收到Request请求列表以后，根据自身节点属性和资源情况，决定是否接受转发请求 并完成转发任务。
[0034] 步骤4:如果节点拒绝强互惠节点的转发请求，强互惠节点就会将该节点加入自 身的黑名单信息链表，并上传至中心数据库，与其他强互惠节点共享黑名单信息。
[0035] 步骤5 :强互惠节点根据自身维护的自私节点黑名单信息列表，对与其相遇的自 私节点进行惩罚。
[0036] 步骤6 :自私节点被强互惠节点惩罚以后，自身消息被转发的概率将大大降低，并 不能收到以本节点为目的节点的消息，为了避免持续受到强互惠节点的惩罚，自私节点将 会积极提高自身参与消息合作转发的概率，从而提高网络整体的消息成功交付率。
[0037] 下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
[0038] 如图1描述的是节点i与j相遇时消息转发流程图。节点i与节点j相遇