一种适用于多副本路由的基于消息重量的延迟容忍网络节点缓存管理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于延迟容忍网络领域，尤其涉及一种适用于多副本路由的基于消息重量 的延迟容忍网络节点缓存管理方法。
【背景技术】
[0002] 延迟容忍网络（DTN)是近年来传感器网络研究领域的一个热点问题。它有着广泛 的应用，包括星际网络、乡村网络、军事网络、Ad Hoc网络等。延迟容忍网络是一种和传统 网络有着显著区别的新型网络，具有不可靠链接性、高延迟性、动态拓扑性、节点资源有限 等特点。消息在传递过程中会经历较长的时延并且不能保证一定存在一条端到端完整路 径，为了克服这些网络限制，延迟容忍网络中通常采用多副本路由协议，多副本路由协议可 以提高消息传输的到达率并降低消息的传播时延，然而多副本路由协议使得节点有限的存 储空间极易被消耗完，造成缓存溢出现象。在延迟容忍网络中缓存管理的主要任务就是当 缓存溢出时，决定哪一个消息将被丢弃。因此，一种高效的缓存管理策略对于提高网络的性 能显得尤为重要。
[0003] 目前国内外针对延迟容忍网络中节点缓存管理的研究成果相对较少，一些基 本的缓存区管理策略主要有：（1) Drop-Front (DF):首先丢弃节点缓存区中排队时间最 长的消息；（2)Drop-01dest(D0):首先丢弃节点缓存区中剩余生命期最小的消息；（3) Drop-Last (DL):首先丢弃节点缓存区中最新被接收到的消息；（4)Drop-Youngest(DY):丢 弃节点缓存区中拥有最长剩余生存时间的消息。
[0004] 以上几种缓存区管理策略比较简单，在文献Reactive Weight Based Buffer Management Policy for DTN Routing Protocols 中，Rashid S 等人提出了一种基于消息 重量的延迟容忍网络节点缓存管理策略。其主要思想是：根据节点中消息的重量，将节点中 的消息划分为高重量消息和低重量消息，当节点缓存空间溢出时，若当前节点不是新接收 的消息的目的节点，则只通过删除高重量的消息释放缓存空间，来接收新的消息，若删除所 有高重量消息扔不能够有足够的缓存空间接收此消息时，则放弃接收该消息。如果当前节 点是新接收的消息的目的节点，节点缓存剩余空间及高重量消息所占用的缓存空间之和扔 小于此消息的大小，可通过删除低重量消息中TTL最小的消息来释放缓存空间直到有足够 空间接收此消息。该方法可以有效的对节点缓存进行管理，保护了节点中一些重量较低的 消息，但删除消息时，仅将TTL的大小作为删除消息的依据，容易将即将到达目的节点的消 息删除，所以该方法具有一定的局限性。
[0005] 在文南犬Buffer scheme optimization of epidemic routing in delay tolerant networks中，Shen J,等人提出了一种适用于epidemic路由协议的缓存管理策略，其主要 思想是：当节点缓存溢出时，为了满足网络中消息的平均交付率达到最大，从消息的多个属 性考虑，通过拉格朗日求最值的方法来决定删除哪个消息。然而在决定删除消息时并没有 考虑消息的大小，这就使得为了接收一个很大的消息而删除多个小的消息，很容易影响到 网络的性能。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种能够有效提高节点缓存管理效率的，适用于多副本路由 的基于消息重量的延迟容忍网络节点缓存管理方法。
[0007] -种适用于多副本路由的基于消息重量的延迟容忍网络节点缓存管理方法，包括 以下步骤，
[0008] 步骤一：通过DTN重量划分方法，对节点中的消息进行重量划分，划分后的消息分 为高重量消息和低重量消息；
[0009] 步骤二：网络中任意节点，当有消息需要接收时，判断该节点未占用缓存是否有足 够空闲空间接收此消息，如果是，则执行步骤七；否则，执行下一步；
[0010] 步骤三：判断当前节点是否是此消息的目的节点，如果是，执行下一步，否则执行 步骤八；步骤四：判断节点当前剩余的空闲缓存大小和所有高重量消息缓存大小之和是否 大于此消息的大小，如果是，则执行下一步，否则执行步骤六；
[0011] 步骤五：通过DTN消息选择方法选出高重量消息中需要删除的消息，直到有足够 空间接收此消息，转向步骤七；
[0012] 步骤六：将高重量消息全部删除，通过DTN消息选择方法选出低重量消息中需要 删除的消息，直到有足够空间接收此消息，转向步骤七；
[0013] 步骤七：接收此消息并返回步骤一；
[0014] 步骤八：节点当前剩余的空闲缓存大小和所有高重量消息缓存大小之和是否大于 此消息的大小，如果是，则执行步骤五，否则执行步骤九；
[0015] 步骤九：放弃接收，并忽略此消息。
[0016] 本发明一种适用于多副本路由的基于消息重量的延迟容忍网络节点缓存管理方 法，还可以包括：
[0017] 1、DTN重量划分方法为：节点中重量大于平均重量的消息为高重量消息，节点中 重量小于平均重量的消息为低重量消息；
[0018] 其中，每个节点中消息的平均重量：
[0020] 节点中所有消息的总重量：
[0022] 其中I (t)代表节点中消息的总数；
[0023] 节点中每个消息的的重量为：
[0025] 其中1\代表消息i在网络中已经经历的时间，1代表消息i的生命周期的剩余值， MSTQ^f表消息i在消息队列所停留的时间，MS 表消息i，n i (TJ代表在经历1\时间网络 中当前消息i所产生的副本数，代表在经历1\时间消息i所相遇的节点个数。
[0026] 2、DTN消息选择方法为，节点中所选择的消息i满足以下条件：消息i的
值为此节点中所有消息中的最小值；
[0027] 其中L代表网络中的节点个数，λ俩个节点之间的相遇率。
[0028] 有益效果：
[0029] 针对现有的节点缓存管理策略中所拥有的优点和缺点，本发明提出一种适用于多 副本路由的基于消息重量的延迟容忍网络节点缓存管理策略。其主要思想：首先根据节点 中消息的重量，将节点中的消息划分为高重量消息和低重量消息，其中消息i的重量指：
[0031] 其中，！\代表消息i在网络中已经经历的时间的大小，R 表消息i的生命周期 的剩余值的大小，MSTQ^f表消息i在消息队列所停留的时间的大小，MS 表消息i的大 小，叫⑴）代表在经历?\时间网络中当前消息i所产生的副本数的大小，mjTi)代表在经 历！\时间消息i所相遇的节点个数。高重量消息指节点中大于节点中消息的平均重量的 消息，低重量消息指节点中小于节点中消息的平均重量的消息，其中平均重量是指节点中 所有消息的重量求和在除以消息的个数。当节点缓存空间溢出时，若当前节点不是新接收 的消息的目的节点，为了满足网络中消息的平均交付率达到最大，则综合消息的多个属性， 通过拉格朗日求最值的方法来决定删除高重量消息中的哪个消息来释放缓存空间，直到有 足够空间来接收新的消息，若所有高重量消息及节点剩余空闲缓存空间小于当前消息的大 小，则放弃接收此消息。如果新接收的消息的目的节点是当前节点，并且缓存空间剩余空闲 缓存的大小和高重量消息所占用的缓存空间之和仍小于此消息的大小，则删除所有高重量 消息，并通过拉格朗日求最值的方法综合考虑多个消息的属性，来决定删除哪些低重量的 消息，直道有足够释放缓存空间接收此消息。
[0032] 本发明具有的优点：（1)通过将节点中消息划分为高重量消息和低重量消息，当 节点缓存溢出时，可以有效的保护低重量消息不被盲目删除。（2)为了满足网络中消息的平 均交付率达到最大，通过综合消息的多个属性，并通过拉尔朗日求最小值的方法决定删除 哪个消息，可以有效的提高节点缓存管理的效率。
【附图说明】
[0033] 图1 一种适用于多副本路由的基于消息重量的延迟容忍网络节点缓存管理策略 的流程图；
[0034] 图2 -种适用于多副本路由的基于消息重量的延迟容忍网络节点缓存管理策略 的框架图。
【具体实施方式】
[0035] 下面将结合附图对本发明做进一步详细说明。
[0036] 本发明的主要目的是提出了一种适用于多副本路由的基于消息重量的延迟容忍 网络节点缓存策略。该策略的主要思想是：首先根据节点中消息的重量，将节点中的消息划 分为高重量消息和低重量消息，其中消息i的重量指：
[0038] 其中，1\代表消息i在网络中已经经历的时间的大小，1代表消息i的生命周期的 剩余值的大小，MSTQ^f表消息i在消息队列所停留的时间的大小，MS 表消息i的大小， 代表在经历1\时间网络中当前消息i所产生的副本数的大小，mJl)代表代表在经历 !\时间消息i所相遇的节点个数。高重量消息指节点中大于节点中消息的平均重量的消息， 低重量消息指节点中小于节点中消息的平均重量的消息，其中平均重量是指节点中所有消 息的重量求和在除以消息的个数。当节点缓存空间溢出时，若当前节点不