专利名称：容延网络中存储器路由机制下被转移报文的处理方法
技术领域：
本发明主要涉及到网络通讯领域，特指一种容延网络中被转移报文的多阶段处理方法。
背景技术：
现有的Internet体系结构和TCP/IP协议族以及在此基础上进行改进的许多协议 都无法很好的适应长时延链路和间歇性链接的网络，当通信节点能量和存储资源限制十分 有限时，问题将更加恶化。在挑战网络环境中，如Ad-hoc网、无线传感器网、军事移动网、 卫星网等，由于节点的快速移动性和链接的时常中断性，网络中没有“端到端”的连接，并 且许多异构的区域网络因为各自独立的应用而使用自己的独有协议，网络中充斥着各种协 议标准，使得实现网络互联互通比较困难，所以需要建立一种新的网络体系结构，用以满足 在没有端到端连接并且网络节点资源极其有限条件下的网络报文的可靠传输，这就促成了 一种新的称为“容延网络”的新型网络体系的兴起。容延网络又叫容迟网络，它不满足端 到端路径存在和低延时等传统Internet中的基本假设，它采用了一系列不同于Internet 的设计数据束代替报文分组、可靠安全的逐跳路由(hop-by-hop)传输代替终端到终端 (end-to-end)、基于名称的路由代替基于地址的路由、部分连接网络图代替全连接网络图。 同时，它的协议在不改变原有网络协议体系结构的基础上，在传输层和应用层之间添加了 一个“束(Bundle)层”，使用面向信息的“存储-转发”模式管理异构网络中的数据束的转 发，尤其是采用保管传送(CustodyTransfer)机制处理挑战网络间的频繁断开、高延迟、异 构性和多相性(不对称性)等问题，保证通信数据在复杂网络环境中的可靠传输。保管传 送机制通过逐跳确认实现了数据传输的可靠性，同时能够尽快地释放通信节点的中继存储 器资源，提高网络存储资源的利用率。但是为了满足持久性的要求，一个通信节点通常不能 释放没有完成保管传送的报文，因此它的存储器面临最终被耗尽的危险，而这种情况很容 易导致该通信节点没有足够的存储器资源去承担后来的必须要通过它的其他报文，即使这 些报文的输出链路当时是可用的也无法让其通过本该通信节点，在某些情况甚至可能造成 链路丢弃报文，因此由于通信节点的存储器资源耗尽，必然会导致通信效率的降低、通信质 量的下降。现有的被转移报文处理策略主要是“Push-Pull操作”中的“Pull操作”，即源节 点存储资源紧张状况有所缓解后，将向代理节点发出Pull操作请求，代理节点在收到请求 后将执行Pull操作，将被转移来的报文传送回源节点。该方法并没有充分考虑容延网络节 点的动态移动性带来的节点间链路易中断的特点，有其固有的不足，容易造成报文传输率 下降以及新的拥塞节点的出现。如果由于容延网络拓扑的时变性，原有的链路中断，被转移 报文还在代理节点等待源节点的Pull请求，而源节点也无法找到它先前转移的报文的位 置，使用发洪泛询问包的方式去寻找其他的邻近通信节点，必然无法完成取回被转移报文 操作，这种情况将被原保管节点视为报文被成功转发。被转移报文最终将因生存期到期被 代理节点丢弃，除非这期间该链路恢复，但可能性很小。
现有的被转移报文处理策略的主要不足(I)Push-Pull机制中，代理节点收到取回请求之前，会根据原路由表信息判断是否具有转发被转移的报文的路径，并被动等待源节点发出Pull请求，并没有赋予代理节点 在链路中断后重路由转发的机制，在间歇性连接的容延网络中，可能造成报文可能无法发 送成功，最终将被丢弃。(2)代理节点或者源节点没有主动询问机制，而是被动等待源节点发出Pull请求 取回报文，由于容延网络连接的间歇性，在取回报文之前很长时间(与等待时间相比)连接 可能已经中断，而由于没有主动询问机制，在源节点发出Pull请求之前源节点和代理节点 都无法及时得知链路断裂情况，那么这段无用等待的时间将是极大的浪费，加大了报文传 输的时延，导致新的拥塞节点出现，还可能导致报文的超时丢弃，报文传输的可靠性得不到 保障。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一 种能够对被转移报文的处理过程进行有效优化、从而提高报文传输率、降低时延、预防新拥 塞节点产生的容延网络中存储器路由机制下被转移报文的处理方法。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案一种容延网络中存储器路由机制下被转移报文的处理方法，其特征在于，步骤 为(1)查表直接转发阶段被转移报文从源节点转移至代理节点后，首先对代理节 点的路由表进行查找，如果路由表中有被转移报文的下一跳路由路径，则将被转移报文发 送至下一跳；如果路由表中没有被转移报文的下一跳路由路径则进入报文等待被取回阶 段，报文等待被取回阶段包括定时等待阶段和主动探询阶段，所述定时等待阶段和主动探 询阶段各占报文等待被取回阶段总等待时间的一半；(2)定时等待阶段被转移报文在代理节点中只等待源节点发出取回报文的消 息；(3)主动探询阶段由源节点按照一定时间间隔交替发送探询消息包至代理节 点，用以判断容延网络中链路断裂情况；(4)报文重路由转发阶段当被转移报文经过查表直接转发阶段、报文等待被取 回阶段后，此时由于总等待时间到期或者代理节点和源节点之间链路断裂无法送回被转移 报文，则启动重路由转发机制。作为本发明的进一步改进所述步骤(1)中，如果在代理节点的路由表中查到了被转移报文的下一跳路由路 径，则对被转移报文与本地存储器中的报文进行报文紧急度、最迟可用路由、报文大小、生 存期剩余参数的比较，如果该被转移报文符合优先发送的条件则发送到下一跳，如果不符 合优先发送条件，则在代理节点等待发送直到源节点发送消息要求取回被转移报文。所述步骤(1)中，报文等待被取回阶段的总等待时间是根据报文生存期剩余时间 和链路中断概率计算得到。所述步骤(3)中，所述时间间隔是根据报文生存期剩余时间和网络带宽占用率计算得到。
所述步骤(3)中，所述发送探询消息包包括三个无需回复的消息包和一个需要回 复的消息包；在主动探询阶段中，如果源节点空闲了，将取回报文的消息附加在任何一个消 息包中发送到代理节点。所述步骤(4)中，代理节点找到了被转移报文的路由路径，则根据被转移报文与 本地存储中其它报文的优先级比较进行发送，如果优先级低，在等待途中收到源节点发来 的取回报文请求，则将被转移报文发回源节点，否则由代理节点转发被转移报文；当没有发 现被转移报文的路由路径，被转移报文将在代理节点中继续等待源节点发出的取回报文消 息，直到报文生存期到期而被丢弃。与现有技术相比，本发明的优点在于1.本发明采用多阶段处理策略，充分合理地利用了被转移报文优先级、紧急性不 高，通常是从当前时间开始最晚才能具有可用的转发路由的报文(最迟可用路由)和最长 生存期报文的特点，基于时间先后将每个阶段最合适的处理策略组合起来，达到存储资源 利用率和报文传输性能的最优化。2.在本发明处理方法的开始阶段，根据原路由表信息判断是否具有转发被转移报 文的路径，这样就加快被转移报文的转发，降低了报文传输时延，提高了报文的传输机率； 同时尽快的转发，也利于缓解代理节点本身的拥塞状况。3.本发明采用定时等待机制，其充分考虑到源节点从保管新报文开始到转发出去 可能会有一定的时延，如，该保管报文优先级并不比节点中原来就有的所有报文都高，而造 成在队列中等待的时延，所以一开始就发包探询并不经济，而且定时等待阶段没有探询数 据的发送，从另一方面降低了链路和存储资源的开销，避免新的拥塞。4.本发明采用主动探询机制，这样避免了长时间等待源节点取回报文的过程中， 链路过早中断造成的代理节点无用等待时间，代理节点和源节点都能及时发现链路中断， 采取下一步操作，减小了报文传输的时延。另一种情况是避免了链路中断时间超长，代理节 点等待时间超长后报文生存期到期，而丢弃报文的情况发生。另外HELLO包“3不应答+1 应答”的机制，也是符合链路不对称特点的，相对不易造成链路堵塞。5.本发明采用重路由机制，充分考虑了被转移报文生存期长，最迟可路由以及节 点连接机率公平的特点，该机制是在第一阶段策略中原路由表无链路的基础上实施的，当 采用HELLO包探询机制得知链路中断后，立即启动重路由机制寻找路径，全权代替源节点 将报文转发到目的节点，降低报文丢弃率，提高报文传输的可靠性。
图1是本发明处理方法的流程示意图。
具体实施例方式以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。如图1所示，本发明容延网络中存储器路由机制下被转移报文的处理方法主要包 括四个阶段，其分别为查表直接转发阶段、定时等待阶段、主动探询阶段以及报文重路由 转发阶段。
第一阶段查表直接转发阶段；被转移报文Wi在被成功地从源节点η转移至代理节点后，首先对代理节点中的原 路由表进行查找，如果没有查到被转移报文Wi直接转发的下一跳(或者下一跳就是目的 节点)，则进入报文等待被取回阶段，报文等待被取回阶段包括定时等待阶段和主动探询阶 段，定时等待阶段和主动探询阶段各占报文等待被取回阶段总等待时间的一半。定时等待 阶段即被转移报文Wi就在代理节点的永久性存储器中等待源节点η空闲出来后发出取回 报文的消息。在等待时间内，若收到取回报文消息，则将被转移报文Wi发回源节点η，否则 将一直等待到策略的下一操作阶段，也就是主动探询阶段。如果在代理节点中的原路由表中查到了被转移报文Wi路由路径的下一跳，那就要 将被转移报文Wi加入到等待队列中，与代理节点本地原来的报文进行比较，考虑报文紧急 度、最迟可用路由、报文大小、生存期剩余等参数，判断是否优先发送。如果符合优先发送条 件，则将其发送到具有目的节点路由信息的下一跳；否则，该被转移报文Wi还得继续等待到 所有本地报文优先级都低于该被转移报文Wi转发优先级后才发送。在等待时间内，甚至超 过报文等待被取回阶段总等待时间。如果被转移报文Wi的优先级一直没有符合转发规则， 也一直没有等到源节点取回报文的消息，则直接转入主动探询阶段。第二阶段定时等待阶段；充分考虑到被转移报文Wi的优先级紧急性不高、报文生存期长以及具有最迟路 由 等特性，让其等待一定时间是合理的，这样还可以把更多的网络资源给配给紧急性强优先 级高的报文先行传输使用，此时默默的等待没有询问消息包的发送和接受，节约了节点资 源和链路资源，从另外一方面也防止了拥塞程度的加重。报文等待被取回阶段的总等待时间的合理取值与否关系到报文的时延和传输率， 需要综合考虑报文生存期、链路中断概率来构建等待时间。定时等待阶段和主动探询阶段 各占报文等待被取回阶段总等待时间的一半。设报文等待被取回阶段的总等待时间为Ttinre，报文生存期剩余时间为Traiiain，源 节点和代理节点之间链路中断概率Pdisrant，则报文等待被取回阶段的总等待时间计算公式 为Ttime= (Tremain (I-Pdiscont))/2其中，T
remain ^survival ^current ‘
Tsurvival为报文生存期到期时间，Tcurrent为当前时间； Pdis。。nt属于网络连接知识库，来源于网络连接的经验值积累，该值是全网范围内每个节点上 已经计算并时常利用空闲更新的数据，pdis。。nt e W，1]，1表示链路断开概率最大，即在很长 时间(该值每次更新所间隔的时间)一直不存在链路，0则表示链路是一直通畅的，取值精 确到小数点后一位。通过上述公式可以看出，当Pdis。。nt — 1的时候，Ttime — 0，当断开概率逐渐变小的时 候，等待时间会按比例递增，在这里规定最长等待时间只能是报文生存期剩余时间的1/2。第三阶段主动探询阶段；在合理的定时等待以后，仍旧没有收到源节点的取回报文消息，则进入源节点主 动询问阶段。因为容延网络拓扑的时变性和网络连接机率的公平分布性，在等待一定时间 后，网络连接断裂的可能性就变高了，此时开始主动询问比较合适，该阶段主要是探询路径 (链路)的断裂情况，能在最可能发生断裂的时候进行探询。如果在源节点空闲之前，探询到链路中断了，源节点放弃回收该被转移报文，此时代理节点将全权代理源节点的工作，实 施下一阶段策略，根据报文中的目的节点地址开始重路由。容延网络拓扑的剧烈变化，导致链路常中断，加之链路前向信道的带宽往往大于 反向信道的带宽，通常相差几十倍，甚至上百倍，由于反向信道的带宽过窄，就会造成应答 信息的拥塞，使传输协议性能下降。为了降低报文传输时延，提高报文转发率以及考虑到信道的不对称容易造成的应 答信息拥塞的问题，现有的Pull机制都是代理节点等待源节点发送取回报文的消息。源节 点发出取回报文之前，如果链路断开了，被转移报文Wi就将不用等待，浪费了时间，占据了 空间，只有等待链路重新连接或者因生存期满而丢弃被转移报文K。因此在现有的Pull机 制上，为源节点加入一种主动探询机制——HELLO包探询机制。当被转移报文Wi成功发送 到代理节点后，经过查表直接转发阶段和定时等待阶段后，仍旧没有被转发出去，也没有被 源节点取回，此时开始发送HELLO探询信息包。考虑到要尽量早地发现链路开裂情况以及前后向信道的带宽差异，将HELLO包的 发送规定为由源节点发送HELLO包，间隔相同时间交替发送3个无需回复的HELLO包和 1个需要回复的HELLO包，明显降低了反向信道的占用率，非常适合链路不对称的网络。该 方法，不需要代理节点回复，代理节点如果有连续3个时间段都没有收到HELLO包就说明链 路断开了，此时代理节点会马上知道链路断开，进而采取下一阶段的处理策略。而对于源节 点，规定如果在5个时间段内(3个不需回复时间段+1个需要回复时间段+1个应答传输时 间)都没有收到应答包，说明此时链路已经断开了，源节点停止发送HELLO包，放弃对被转 移报文Wi的回收，全权委托代理节点处理被转移报文&。在链路没有断开之前，如果源节 点空闲了，则需要收回被转移报文，取回报文的请求可以加载到即将发送的任意一个HELLO 包中一同发送。Hello包的格式如下 源节点主动的HELLO包机制，主要需要考虑的是包发送的时间间隔，因为HELLO包 的主动探询会增加网络资源的消耗，时间间隔的取值合不合理关系到网络带宽利用率和占 用率的平衡，还关系到报文传输时延和效率。该时间间隔取值算法如下设网络带宽占用率Pbandwidth,报文生存期剩余时间为TMain，时间间隔为Tsl。t，构建 算法公式 其中，Pbandwidth属于网络连接知识库，取值范围为0-1，取值精确到小数点后一位， 值越大说明带宽越紧张；T
remain —TsurvivaI-Tcurrent, Tsurvival 为 艮文生存期到期时间，Tcurrent 为
当前时间。由于Pbandwidth e (0,1),把它直接作为乘数用以将报文剩余生存期TMain分为若干 段来生成时间间隔Tsltrt是不符合实际情况的，这里需要将该值放大，考虑网络带宽占用率Pbandwidth对n取具体值的影响，取n= 1/P Pbandwidth' 当Pbandwidth-1的时候，n取值从10递减取
值到1。通过上述公式我们可以看出，当Pbandwidth — 1的时候，随着该值的变大网络带宽越 发紧张，当达到最大值的时候，Tslot也取到最大值，表示随着带宽占用率的提高，消息包发 送的时间间隔也要加大，以少发消息包来降低带宽占用率。第四阶段报文重路由转发阶段；当被转移报文^经过查表直接转发阶段、定时等待阶段、主动探询阶段后，此时由 于代理节点和源节点之间路径断裂无法送回报文。由于被转移报文^拥有低优先级、最迟 可用路由和长生存期，此时并不马上采取丢弃策略，而是采用代理节点根据被转移报文 中的目的节点的地址信息发起路由寻找，尽可能的将被转移报文^发送到目的节点。这是 综合考虑了报文本身的特性和网络链接的动态公平性(在容延网络中各个节点相遇的机 会是均等的)，因此对于被转移报文&在原来没有到达目的节点路由路径的前提下，经过一 段时间后，从代理节点出发能够找到路由路径的机率已经大幅度提高，所以进行路由寻找 是合理的，也是提高整个网络报文传输率，降低拥塞和时延的较好策略。这里采取的路由方 法同全网路由，如果重路由没有找到到达目的节点的路径，此时才丢弃该被转移报文巧。以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例， 凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的 普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护 范围。
权利要求
一种容延网络中存储器路由机制下被转移报文的处理方法，其特征在于，步骤为(1)查表直接转发阶段被转移报文从源节点转移至代理节点后，首先对代理节点的路由表进行查找，如果路由表中有被转移报文的下一跳路由路径，则将被转移报文发送至下一跳；如果路由表中没有被转移报文的下一跳路由路径则进入报文等待被取回阶段，报文等待被取回阶段包括定时等待阶段和主动探询阶段，所述定时等待阶段和主动探询阶段各占报文等待被取回阶段总等待时间的一半；(2)定时等待阶段被转移报文在代理节点中只等待源节点发出取回报文的消息；(3)主动探询阶段由源节点按照一定时间间隔交替发送探询消息包至代理节点，用以判断容延网络中链路断裂情况；(4)报文重路由转发阶段当被转移报文经过查表直接转发阶段、报文等待被取回阶段后，此时由于总等待时间到期或者代理节点和源节点之间链路断裂无法送回被转移报文，则启动重路由转发机制。
2.根据权利要求1所述的容延网络中存储器路由机制下被转移报文的处理方法，其特 征在于所述步骤(1)中，如果在代理节点的路由表中查到了被转移报文的下一跳路由路 径，则对被转移报文与本地存储器中的报文进行报文紧急度、最迟可用路由、报文大小、生 存期剩余参数的比较，如果该被转移报文符合优先发送的条件则发送到下一跳，如果不符 合优先发送条件，则在代理节点等待发送直到源节点发送消息要求取回被转移报文。
3.根据权利要求1所述的容延网络中存储器路由机制下被转移报文的处理方法，其特 征在于所述步骤(1)中，报文等待被取回阶段的总等待时间是根据报文生存期剩余时间 和链路中断概率计算得到。
4.根据权利要求1所述的容延网络中存储器路由机制下被转移报文的处理方法，其特 征在于所述步骤(3)中，所述时间间隔是根据报文生存期剩余时间和网络带宽占用率计 算得到。
5.根据权利要求1所述的容延网络中存储器路由机制下被转移报文的处理方法，其特 征在于所述步骤(3)中，所述发送探询消息包包括三个无需回复的消息包和一个需要回 复的消息包；在主动探询阶段中，如果源节点空闲了，将取回报文的消息附加在任何一个消 息包中发送到代理节点。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的容延网络中存储器路由机制下被转移报文 的处理方法，其特征在于所述步骤(4)中，代理节点找到了被转移报文的路由路径，则根 据被转移报文与本地存储中其它报文的优先级比较进行发送，如果优先级低，在等待途中 收到源节点发来的取回报文请求，则将被转移报文发回源节点，否则由代理节点转发被转 移报文；当没有发现被转移报文的路由路径，被转移报文将在代理节点中继续等待源节点 发出的取回报文消息，直到报文生存期到期而被丢弃。
全文摘要
一种容延网络中存储器路由机制下被转移报文的处理方法，其步骤为(1)查表直接转发阶段被转移报文从源节点转移至代理节点后，首先对代理节点的路由表进行查找，如果路由表中有被转移报文的下一跳路由路径，则将被转移报文发送至下一跳；如果路由表中没有被转移报文的下一跳路由路径则进入报文等待被取回阶段；(2)定时等待阶段被转移报文在代理节点中只等待源节点发出取回报文的消息；(3)主动探询阶段由源节点按照一定时间间隔交替发送探询消息包至代理节点，用以判断容延网络中链路断裂情况；(4)报文重路由转发阶段。本发明能够对被转移报文的处理过程进行有效优化，从而提高报文传输率、降低时延、预防新拥塞节点的产生。
文档编号H04L12/56GK101854304SQ20101019348
公开日2010年10月6日 申请日期2010年6月9日 优先权日2010年6月9日
发明者吴纯青, 吴鹏, 彭伟, 时向泉, 李刚, 王小峰, 胡晓峰, 虞万荣, 赵宝康, 赵锋, 陶静, 黄杰 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学