容迟移动传感网中基于节点活跃度的改进概率路由方法
【专利摘要】本发明是一种容迟移动传感网中基于节点活跃度的改进概率路由方法，该方法将节点活跃度因子加入到传输概率的预测之中，提出节点本身的活跃度NA的计算公式，通过权值α对NA和原始的PROPHET算法传输预测概率值进行加权，依据节点相遇历史信息，以及节点在网络中活跃程度，计算新的传输预测概率值，节点之间通过比较传输预测概率值的大小决定消息的转发与否，利用生存时间TTL丢弃策略对缓存进行管理，仿真结果表明，NAPR算法的概率估计方法较PROPHET算法更为全面，产生的副本数较少，虽然导致消息的平均时延有所增加，但是NAPR算法降低了节点开销率，提高了报文的递交率。在未来工作中将进一步研究如何应对网络中的拥塞问题。
【专利说明】容迟移动传感网中基于节点活跃度的改进概率路由方法
【技术领域】
[0001]本发明是一种在容迟移动传感网(Delay Tolerant Mobile SensorNetworks, DTMSN)中基于节点活跃度的改进型概率路由方法，属于延迟容忍传感器网络的概率路由算法领域。
【背景技术】
[0002]DTMSN属于延迟容忍网络(Delay Tolerant Networks, DTN)的范畴，DTN用于间歇连通的网络传送数据。DTN技术近几年被引入无线传感器网络，并且根据节点移动性的不同，可以把延迟容忍传感器网络(Delay Tolerant Sensor Networks, DTSN)分为传感器节点静止的网络和节点运动的传感器网络。节点运动的传感器网络即容迟移动传感网络(Delay Tolerant Mobile Sensor Networks, DTMSN)。DTMSN 具有高延迟、低数据率、无稳定的端到端连接、节点资源有限等特点，用于广泛的数据收集，其通常由两种节点组成:汇聚点和便携的移动传感器节点。其中，传感器节点绑定在可移动的物体(如人、动物、车辆等)上，用于收集指定的信息，并形成稀疏的间断连通的无线网络，汇聚点位置固定或可移动，用来接收传感器发来的数据，并能将数据转发到骨干网络的接入点。
[0003]在DTMSN中，随机移动模型经常被拿来研究，主要有:随机路点移动模型(RandomWay-Point model, RWP)和随机方向模型(Random Direction,RD)两种。然而，在现实中，很多的传感器节点的移动模式都不是完全随机的，而往往是基于一种重复的模式在移动，是一种可以预见的移动方式，比如当某一个节点之前经常出现在某个区域内时，那么它再次出现在此区域内的概率就会很大。通过这种现象，就可以得到概率路由，它是一种先验式的路由，还是一种基于节点联系和传递历史的路由:根据节点间历史相遇信息以及传递记录，来提前预测节点可能的移动方式。概率路由中，每个节点各自维护一个概率表，这个概率表显示网络中任何两个节点相遇的概率，也就是两个节点之间传递报文的概率，这个表是动态变化的，随着时间的推移，能够动态地显示节点间传递报文概率大小的变化。
[0004]LindgrenA 等人提出的 PROPHET (Probabilistic Routing Protocol usingHistory of Encounters and Transitivity)算法是一种典型的概率路由算法。利用节点相遇或投递转移历史信息，估算每个节点成功投递数据到目的节点的概率，即传输预测值(到达概率Delivery Predictability,DP)。两个节点相遇时，除了互相交换报文列表外，还会交换节点传输报文的到达概率表。节点之间通过比较到达概率控制消息的转发。PROPHET算法在一定程度上限制了消息副本数量，从而得到了近似于Epidemic算法的延迟，并大幅降低了资源消耗。然而，PROPHET算法仅通过到达目的节点的传输概率的高低来决定报文的转发，具有一定的盲目性，概率的估计欠缺合理性，没有考虑各节点本身的活跃度以及转发时机问题。关于PROPHET算法也有一些改进措施，但是这些改进算法并没有考虑到节点本身的活跃性对于传输预测值的影响，得到的概率的估计值欠缺合理性。
【发明内容】
[0005]技术问题:本发明针对上述问题，提出在计算传输预测值的过程中，利用节点活跃度因子和原始传输概率的预测因子的加权平均值作为新的传输预测值。基于此，提出了一种基于节点活跃度的改进型概率路由算法NAPR (Node Activity-based ProbabilisticRouting Algorithm),将节点活跃度因子加入到传输概率的预测之中。
[0006]技术方案:本发明的一种容迟移动传感网中基于节点活跃度的改进概率路由方法是，将节点活跃度因子加入到传输概率的预测之中，提出节点本身的活跃度NA的计算公式，通过权值α对NA和原始的PROPHET算法传输预测概率值进行加权，依据节点相遇历史信息，以及节点在网络中活跃程度，计算新的传输预测概率值，节点之间通过比较传输预测概率值的大小决定消息的转发与否，利用生存时间TTL丢弃策略对缓存进行管理，其步骤如下:
[0007]I)初始化:节点初始化自己的传输概率信息表，将所有节点的传输概率初始化为初始传输概率常量Pinit，Pinit在[0，I]之间取值，
[0008]2)计算各节点的节点活跃度:依据节点接触过的节点数以及和上一个节点接触时间，计算各节点本身的活跃度，
[0009]3)结合节点活跃度和相遇记录，更新各节点传输预测概率值，
[0010]4)利用生存时间TTL丢弃策略进行队列管理，当TTL小于等于O时，将消息从队列中丢弃；当TTL大于O时，依据传输概率进行消息转发。
[0011]所述的将节点活跃度因子加入到传输概率的预测之中，提出节点本身的活跃度NA的计算公式，节点本身的活跃度NA的计算公式定义如下:
[0012]NAi表示节点i的活跃度,NAi的大小与该节点所接触过的其他节点的数量成正比，而和该节点与上一个节点接触时间的长短成反比，即:
[0013]
【权利要求】
1.一种容迟移动传感网中基于节点活跃度的改进概率路由方法，其特征在于将节点活跃度因子加入到传输概率的预测之中，提出节点本身的活跃度NA的计算公式，通过权值α对NA和原始的PROPHET算法传输预测概率值进行加权，依据节点相遇历史信息，以及节点在网络中活跃程度，计算新的传输预测概率值，节点之间通过比较传输预测概率值的大小决定消息的转发与否，利用生存时间TTL丢弃策略对缓存进行管理，其步骤如下: .1)初始化:节点初始化自己的传输概率信息表，将所有节点的传输概率初始化为初始传输概率常量Pinit，Pinit在[0，I]之间取值， . 2)计算各节点的节点活跃度:依据节点接触过的节点数以及和上一个节点接触时间，计算各节点本身的活跃度， . 3)结合节点活跃度和相遇记录，更新各节点传输预测概率值， . 4)利用生存时间TTL丢弃策略进行队列管理，当TTL小于等于O时，将消息从队列中丢弃；当TTL大于O时，依据传输概率进行消息转发。
2.依据权利要求1所述的容迟移动传感网中基于节点活跃度的改进概率路由方法，其特征在于所述的将节点活跃度因子加入到传输概率的预测之中，提出节点本身的活跃度NA的计算公式，节点本身的活跃度NA的计算公式定义如下: NAi表示节点i的活跃度,NAi的大小与该节点所接触过的其他节点的数量成正比,而和该节点与上一个节点接触时间的长短成反比，即:
3.依据权利要求1所述的容迟移动传感网中基于节点活跃度的改进概率路由方法，其特征在于通过权值α对NA和原始的PROPHET算法传输预测概率值进行加权，具体描述如下: 传输预测概率值P (a, b):消息从节点A传输到节点B的传输概率参数，常把P (a, b)作为概率路由度量标准；节点之间的每次相遇都增加他们之间的概率值，相遇次数多的节点之间的概率值就高，这个概率值叫做传递概率，传输预测P(a，b)的取值有以下两种情况: 情形1:当节点A和节点B相遇时:
4.依据权利要求书I所述的容迟移动传感网中基于节点活跃度的改进概率路由方法，其特征在于利用生存时间TTL丢弃策略对缓存进行管理，具体描述如下: 基于报文的生存时间TTL丢弃策略考虑报文剩余的生存时间，每个报文在产生的时候，都有一个初始值的TTL，节点缓存中的报文按照其剩余生存时间排序，生存时间短的消息排在前面并得到优先发送权，在这个报文每次被转发时，TTL值不断减小，直到TTL等于或小于O时，该报文会被自动丢弃，避免无限制得占用网络资源。
5.依据权利要求书3所述的容迟移动传感网中基于节点活跃度的改进概率路由方法，其特征在于节点之间的每次相遇都增加他们之间的概率值，相遇次数多的节点之间的概率值就高，也就是传递概率，具体描述如下: 若节点A常与节点B连接，而节点B又常与节点C连接，这就意味着可以认为节点C与节点A能够以高成功率转发消息，概率传递性可表示为:
P(a,c) = α X [P (a, c) old+(l-P (a, c) old) XP(a, b) XP(b, c) X β] + (1-α) X [ (NAb-NAa)+ (NAc-NAb)]化简后得到:
P(a, c) = α X [P(a, c)old+(l-P(a, c)old) XP(a, b) XP(b, c) X β] + (1-α) X (NAc-NAa)(4) 其中，β e [Ο, I]为常量，是 传递影响因子，P(a，b)为节点A和节点B之间的传输预测概率值，类似地，P (b, c)为节点B和节点C之间的传输预测概率值，P (a, c)节点A和节点C之间的传输预测概率值。
【文档编号】H04W40/02GK103561426SQ201310533854
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月4日 优先权日:2013年11月4日
【发明者】王堃, 张玉华, 高会, 孙雁飞, 吴蒙, 郭篁, 陈思光 申请人:南京邮电大学