专利名称：一种基于分组策略的机会网络路由算法的制作方法
技术领域：
本发明涉及机会网络路由算法，本发明的作用是使机会网络中节点高效转发数据包，同时尽可能少地消耗节点能量。
背景技术：
机会网络是一种不需要在源节点和目的节点之间存在完整路径，利用节点移动带来的相遇机会实现网络通信的、时延和分裂可容忍的自组织网络。机会网络不同于传统的多跳无线网络，它的节点不是被统一部署的，网络规模和节点初始位置未进行预先设置，源节点和目的节点之间的路径事先不能确定是否存在。机会网络以“存储-携带-转发”模式逐跳传输信息实现节点间通信，其体系结构与多跳无线网络不同，它在应用层与传输层之间插入一个被称为束层的新的协议层。由于机会网络能够处理网络分裂、时延等传统无线网络技术难以解决的问题，能满足恶劣条件下的网络通信需要，其主要应用于缺乏通信基础设施、网络环境恶劣以及应对紧急突发事件的场合。在飓风、地震等严重自然灾害发生后，电力、通讯等基础设施遭到破坏，依赖固定基础设施的通讯系统通常都无法使用。此时，由身处灾难场景中个人携带的无线智能移动设备间相互通信，进而以这些设备为节点组成的通讯网络将成为灾区重要的通信手段。在灾难场景下，无线智能移动设备难以得到能量补充，仅能靠设备中固有的能量维持通信，设备中的能量变成一种稀缺资源，低的能量消耗意味着节点有更长的生存期。为和本发明路由算法对照，选取了 3种传统典型路由算法。Direct Delivery算法是单副本路由算法的典型代表，该算法在任何情况下路由开销均为0，是转发量最小的路由算法，但该算法的传输成功率、传输延迟等指标较差。Epidemic算法是基于泛洪策略路由算法的典型代表，很多基于泛洪策略的路由算法都可视为是由该算法衍生而来。Direct Delivery和Epidemic算法分别代表了 2种极端情况，一种是不泛洪，另一种是无限制的泛洪。Spray and Wait算法是按照一定策略进行泛洪，从泛洪程度角度讲是介于Direct Delivery和Epidemic中间的一种算法，该算法的主要性能指标在多数场景下都具有显著的优势。下面简单介绍一下3种传统典型路由算法的机理1. Direct DeliveryDirect Delivery (也称Direct Transmission)算法基于转发策略，该路由算法数据包在传输过程中，节点不会对其进行复制，网络中只有一个数据包副本在传输。源节点仅在遇到目标节点时将数据包交付给下一个节点。2. Epidemic 算法Epidemic算法是基于泛洪策略，算法思想是当2节点相遇时复制并交换对方没有的数据包，经足够的交换后，理论上每个非孤立节点将收到所有数据包，从而实现数据包的传输。算法的优点是在某些场景下能最大化数据包传输的成功率，减少传输延迟，缺点是网络中存在大量的数据包副本，会大量消耗网络资源。3. Spray And Wait 算法Spray and Wait算法分为2个阶段。首先是Spray阶段，源节点中的部分数据包被扩散到邻居节点；然后是Wait阶段，若Spray阶段没有发现目标节点，包含数据包的节点以Direct Delivery方式将数据包传送到目标节点。该算法基于泛洪策略，但传输量显著地少于Epidemic算法；传输延迟较小，接近于最优。评价机会网络路由算法性能指标的度量值主要有如下3个1.传输成功率传输成功率(Delivery Ratio)是在一定的时间内成功到达目标节点数据包总数和源节点发出的需传输数据包总数之比，该指标刻画了路由算法正确转发数据包到目标节点的能力，是最重要的指标。2.路由开销路由开销(Overhead)是指在一定时间内节点转发数据包的总数，通常用所有成功到达目标节点的数据包数与所有节点转发的数据包总数之比来评价。路由开销高，意味着节点大量地转发数据包，会使网络中充斥大量的数据包副本，增加数据包发生碰撞的概率，也会大量地消耗节点能量。3.传输延迟传输延迟(Delivery Delay)是数据包从源节点到达目标节点所需的时间，通常采用平均传输延迟来评价。传输延迟小意味路由算法传输能力强、传输效率高，也意味着在传输过程中将会占用较少的网络资源。传统的机会网络路由算法为追求高的传输成功率、小的传输延迟，通常会进行大量的数据包转发，大量的无效数据包转发成为节点能量消耗的一个突出问题。传统路由算法不将能量消耗作为重要指标，难以适用于某些能量成为稀缺资源的场景，如灾难发生后的场景。
发明内容
本发明涉及一种新的机会网络路由算法，该算法采用分组策略，可以极大地减少无效数据包副本的转发量。本路由算法的核心优点在于可以非常小的数据包转发量，获得较高的数据包传输成功率。本发明将机会网络中节点分为不同的组，两个组功能不同，执行不同的路由策略。 令能量充裕、传输能力强的节点构成“骨干”组，骨干组内节点为追求高的传输成功率和最小的传输延迟采用尽力转发数据包的路由策略；而能量稀缺的节点构成“普通”组，普通组内节点出于节省自身能量的考虑，采用尽量不转发其他节点数据包的路由策略。骨干组中的节点称为骨干节点，普通组中的节点称为普通节点。分组策略的目的是发挥节点各自的优势，在保证高传输成功率的同时，最大限度地减少普通节点的能量消耗，从而使机会网络在无能量补充的情况下具有更长的生命期。算法的具体描述如下1.骨干节点间采用Epidemic机制转发数据包；2.骨干节点有ρ参数，ρ的取值范围为0-1，该参数描述了骨干节点接收数据包的概率，0时表示不接受数据包，1时表示接受所有数据包；3. ρ可由节点声明来确定，未声明的通过对节点移动速度、移动路径、传输速率、传输范围、可用缓存大小、转发意愿、成功转发概率等因素计算而得；4.仅当普通节点为数据包的目标节点时，骨干节点向普通节点转发数据包；5.每个普通节点具有t参数，t参数随时间的增长而增长，一旦节点有数据包发送成功，则t被置为0;6.每个普通节点具有k参数，每当源节点遇到一个节点，但未成功发送数据包，则源节点的k加1，一旦节点有数据包发送成功，则该节点的k被置为0 ；7.通常情况下，普通节点仅将数据包转发给目标节点或骨干节点；仅当普通节点的t或k参数超过阀值时，向遇到的下一个节点发送数据包，而无论此节点是否是目标或骨干节点。本发明的特点是采用分组策略，该策略尽可能地令能量充裕、传输能力强的节点承担绝对大部分传输工作，使普通节点传输量显著地少于Epidemic和其他基于泛洪策略协议。适合于基础设施遭到破坏，能量成为稀缺资源的场景，如灾难发生后的场景。本算法具有p，k，t参数，通过参数设置为用户提供了在3个指标间折衷的手段，使算法更具灵活性，以适应不同的网络环境。当参数选择恰当时，普通节点的传输量接近于最优，同时可获得很高的传输成功率，远远高于Epidemic算法。在传输量接近于最优的同时获得很高的传输成功率是传统机会网络路由算法无法达到，是本算法的核心优点。
图1不同p，k，t参数下的传输成功率图2不同p，k，t参数下的路由开销图3不同p，k，t参数下的传输延迟图4不同网络规模下4种路由算法的传输成功率图5不同网络规模下4种路由算法的路由开销图6不同网络规模下4种路由算法的传输延迟
具体实施例方式以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。在灾难场景中，节点运动通常不是完全随机的，而是呈现某种规律，如警车会沿一定的路线巡逻，人员会在医疗救助点、学校、广场、主要街道等场所聚集；大量的节点仅能靠节点中残存的能量通讯，同时也存在少量传输能力强、能量充裕的节点，如警察巡逻车车载的无线设备、医疗救助中心固定的无线设备等，这类节点可得到持续的能量支持，同时具有更为强大的传输和存储数据包的能力。在此类场景下，令警车、医疗救助营地的无线设备组成骨干节点，携带无线智能设备的行人为普通节点。按照本算法分组策略，骨干节点和普通节点分别执行不同的路由策略。在执行具体路由算法时，骨干节点按照上述算法具体描述的1-4条执行，普通节点按照上述算法具体描述的5-7条执行。ONE (the Opportunistic Networking Environment)
ONE是机会网络领域公认的仿真平台，是各种机会网络路由算法性能对比、评价最重要的工具。在实施例中模拟了基于真实城市环境的灾难场景，并以此来分析路由算法的性能。具体场景如表1所示。表1仿真场景设置
权利要求
1.一种基于分组策略的机会网络路由算法(在后面的叙述中简称为路由算法)，其特征在于，包括该路由算法的原理、参数和工作过程。
2.根据权利要求1所述的路由算法，其特征在于，该路由算法适用于能量成为稀缺资源场景下的机会网络。
3.根据权利要求1至2所述的路由算法，其特征在于，该路由算法采用分组策略，即将网络中节点按照节点特征分为不同的组，各组采用不同的路由策略。令能量充裕、传输能力强的节点构成“骨干”组，此组节点采用尽力转发数据包策略；而令能量稀缺的节点构成“普通”组，此组节点采用尽可能少转发数据包的策略。
4.根据权利要求1至3所述的路由算法，其特征在于，骨干节点间采用Epidemic机制转发数据包。
5.根据权利要求1至4所述的路由算法，其特征在于，骨干节点有参数ρ，ρ的取值范围为
。该参数描述了骨干节点接收数据包的概率，0时表示不接受数据包，1时表示接受所有数据包。
6.根据权利要求1至5所述的路由算法，其特征在于，骨干节点的参数ρ可由节点声明来确定，未声明的通过对节点移动速度、移动路径、传输速率、传输范围、可用缓存大小、转发意愿、成功转发概率等因素计算而得。
7.根据权利要求1至6所述的路由算法，其特征在于，仅当普通节点为数据包的目标节点时，骨干节点向普通节点转发数据包。
8.根据权利要求1至7所述的路由算法，其特征在于，每个普通节点具有t参数，t参数随时间的增长而增长，一旦节点有数据包发送成功，则t被置为0。
9.根据权利要求1至8所述的路由算法，其特征在于，每个普通节点具有k参数，每当包含待发数据包的源节点遇到一个节点，但未成功发送数据包，则源节点的k加1，一旦节点有数据包发送成功，则该节点的k被置为0。
10.根据权利要求1至9所述的路由算法，其特征在于，通常情况下，普通节点仅将数据包转发给目标节点或骨干节点；仅当普通节点的t或k参数超过阀值时，向遇到的下一个节点发送数据包，而无论此节点是否是目标或骨干节点。
全文摘要
本发明涉及一种机会网络路由算法，本发明的作用是使机会网络中节点高效转发数据包，同时尽可能少地消耗节点能量。本发明提出了分组策略，按照机会网络中节点的特点将节点分组，各组角色不同，采用不同的路由策略。本算法基于泛洪策略，具有p、k、t参数。在分组策略下，p、k、t参数可有效地减少网络中无效数据包副本的存在，恰当地设置p、k、t参数可在接近最优路由开销下取得很高的传输成功率，这是传统机会网络路由算法难以达到的。该特性使本路由算法适合能量成为稀缺资源的场景，如灾难发生后场景。
文档编号H04L12/56GK102209029SQ20111013038
公开日2011年10月5日 申请日期2011年5月19日 优先权日2011年5月19日
发明者孙践知, 肖媛媛, 贠冰, 陈丹 申请人:北京工商大学