基于社会属性转发的容迟网络节能路由方案的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于社会属性转发的容迟网络节能路由方案，当对报文从源节点到目的节点传递时按照以下原则进行路由：首先，网络中报文的转发均采用单副本的方式；其次，对每一个新生成的报文建立一个生存周期TTL字段，其初始值为一个预设的自然数n，该报文每被转发一次TTL值就会减1，当TTL值减小到0的时候就丢弃该报文；最后，携带报文的节点当且仅当遇到比自己的社交指标SM值大amp_ratio倍的节点时才将报文转发给该节点，此外通过动态改变amp_ratio可自适应地调节携带报文节点的报文转发条件。本发明方案的实施有效降低了网络中报文的转发次数，在保证较高传递成功率前提下有效降低了容迟网络的路由能耗。
【专利说明】基于社会属性转发的容迟网络节能路由方案
【技术领域】
[0001]本发明涉及容迟网络的路由方法，特别涉及一种基于社会属性转发的容迟网络节能路由方法，属于计算机网络【技术领域】。
【背景技术】
[0002]时延容忍网络(Delay/DisruptionTolerant Networks, DTN)又称容迟网络，它是基于存储-携带-转发的一种新型网络。它是指在一些特殊的网络环境之下(如无线传感器网络、车辆Ad-hoc网络、星际网络)，经常出现的网络中断等现象使得网络中端到端的连接间歇性发生变化，导致报文在端到端的传输中可能经过很长时延。DTN可以应用于很多领域当中，比如星际网络、海底网络、军事战略网络、车辆Ad-hoc网络、无线传感器网络以及其它一些连接受限的网络环境中。时延容忍网络的研究和发展将对星际通信、空间探测、灾难应对、军事战争等很多领域提供强有力的科学理论支持，它是当前国际上计算机领域内备受关注的新兴前沿研究热点之一，其具有广阔的研究前景和应用发展前途。
[0003]传统因特网中的每台设备都有互联网服务提供商(ISP)为其提供互联网接入服务，成功接入互联网的两台设备必然经过Internet中的若干跳路由相互连通，TCP/IP路由协议就是基于这样的假设在两台主机需要通信时为其寻找时延最小或者跳数最少的路径。但是时延容忍网络独有的一些特性使得为传统因特网设计的TCP/IP协议不能直接适用，这些特点包括以下几点:
[0004]1、间歇性连接:由于节点移动导致节点间的连接状态改变、节点为节约能源暂时关闭电源等众多因素，造成容迟网络中端到端路径的间歇性连接。
[0005]2、节点资源有限:容迟网络常常分布于战场、海底、深空等恶劣环境中，并且受节点重量、体积和成本等因素的限制，节点所携带的电能十分有限，通常节点消耗完自身有限的电能之后将无法继续工作。
[0006]3、较长的网络延时:由于容迟网络中广泛存在的网络中断和节点间的不稳定连接等因素导致报文在源节点到目的节点的发送过程中通常会经过较长的网络时延。
[0007]4、低信噪比(高误码率):容迟网络中，恶劣环境所导致的低信噪比使得节点间信号传递的高误码率。
[0008]5、不对称数据速率。
[0009]为了在这种新型网络下取得较高的报文转发成功率，容迟网络路由策略的设计尤为关键。基于时延容忍网络的上述独有特性，特别是端到端的间歇性连接和较长网络延时，很多传统的路由协议在这种网络环境下不能直接适用，必须根据容迟网络的特点为其设计专用的路由协议。近些年来，随着时延容忍网络概念的提出及其广泛的应用领域，许多针对这种网络的路由策略被提出，这些路由方法主要有以下几种:
[0010](I)Epidemic路由方法。Epidemic路由方法是由Vahdat和Becker于2000年在文献((Epidemic routing for partially connected ad hoc networks))中提出的，Epidemic路由方法主要解决了间歇性连接网络下的路由问题。它的基本思想是当携带报文的节点遇到另外一个未携带该报文的节点时，就将自己的报文复制并转发给这个节点。Epidemic路由算法采取洪泛式策略，模拟传染性病毒的传播方式，将报文复制并转发给中途所遇到的所有节点，从而最大化消息转发的成功率。但是随着整个容迟网络中报文数的增加，节点的缓存空间可能会被这些报文的副本占满，从而导致节点在之后转发过程中出现丢包的情况。另外，由于采取洪泛式的路由策略，网络中每个节点的能量消耗都会很大。
[0011](2) Spray and wait路由方法。为了克服Epidemic路由方法的一些弊端，Spyropoulos 等人于 2005 年在文献〈〈Spray and wait:an efficient routing scheme forintermittently connected mobile networks》中提出 了 Spray and wait 路由算法来解决间歇性连接网络环境下的路由问题。它通过限制网络中报文的最大副本数来减小报文洪泛式转发时网络中节点的缓存占用。即便如此，洪泛式转发策略导致网络中节点能耗过大这一问题仍没有被解决。
[0012](3)基于预测的路由方法。这类路由方法通常在携带报文的节点遇到另外一个节点时，通过历史相遇信息预测未来报文被成功转发给目的节点的可能性，从而做出决定是否将报文转发给相遇的节点。Dubois-Ferriere等人在文献《Age matters: efficient routediscovery in mobile ad hoc networks using encounter ages〉〉中提出根据在移动ad hoc 网络中某一节点与目的节点最近一次相遇的时间来预测报文通过该节点传递到目的节点的可能性，并以此选择下一跳节点的Fresh路由方法。Erramilli等人在文献《Diversity offorwarding paths in pocket switched networks》中提出 了 Greedy-Total 路由方法，它根据网络中某一节点与其它所有节点的相遇频率来预测报文通过该节点传递到目的节点的可能性并做出下一跳选择。
[0013](4)基于社会属性转发的路由方法。随着容迟网络中越来越多的移动通信设备被人类所携带，其行为可以很好地被其社会属性所刻画。基于社会属性转发的路由方法就是根据节点本身的社会属性或与其它节点的社交关系来判断节点将报文成功转发给目的节点的可能性。Daly 和 Haahr 于 2007 年在文献《Social network analysis for routing indisconnected delay-tolerant manets))中提出SimBet路由算法。它规定当携带报文的节点遇到其它节点时，通过比较这两个节点的核心度(betweenness centrality)以及其与目的节点的相似度(similarity)来决定是否把报文交给遇到的节点进行转发。Hui等人在文献《How small labels create big improvements))中提出Label路由算法，它根据节点的社会属性把其分为若干个社区，在报文转发时首先考虑将报文转发到一个与目的节点处于相同社区的节点。
[0014]现有的针对容迟网络的路由协议大多重点关注尽可能提高报文转发的成功率，很少关注容迟网络中节点的能量消耗问题。然而在容迟网络中节点的能量是十分宝贵的，一旦节点用尽自己的能量并且在没有外界为其补充能量的情况下，它就不会继续工作，从而对整个容迟网络的路由性能造成很大影响。本发明重点关注如何在保证报文传递成功率较高的前提下降低容迟网络中节点的能量消耗。
【发明内容】
[0015]本发明针对容迟网络的特点和现有路由方法在控制节点能耗方面的不足，提出了一种基于社会属性转发的节能路由方法EESRA(Energy Efficient Social-based RoutingAlgorithm)。
[0016]本
【发明内容】
是通过以下方案实现的:
[0017]一种基于社会属性转发的容迟网络节能路由方案，包括以下步骤:
[0018]步骤1、根据节点相遇的历史信息建立社会关系图；
[0019]步骤2、根据建立好的社会关系图，计算必要的节点自身的社会属性和节点之间的社交关系；
[0020]步骤3、对新生成的报文进行路由选择；
[0021]其特征在于，对新生成的报文从源节点到目的节点传递按照以下原则路由:
[0022]原则1:网络中报文的转发均采用单副本的方式；
[0023]原则2:对每一个新生成的报文建立一个生存周期TTL字段，其初始值为一个预设的自然数n，该报文每被转发一次TTL字段就会减1，当TTL值减小到O的时候节点就将该报文丢弃；
[0024]原则3:携带报文的节点当且仅当遇到比自己的社交指标SM值大amp_ratio倍的节点时才将报文转发给该节点。
[0025]较优的，SM值的计算可以选取任何一种已有社会属性,如SimBet、social energy,也可以是新定义的能够反应节点之间社交关系的新的度量指标。
[0026]较优的，amp_ratio值应随着TTL的减小而减小。
[0027]较优的,对每一个新生成或刚被转发的报文建立一个计数器node_counter字段，其初始值为0，当携带报文节点每遇到一个SM值比自己大的节点但仍未能将报文转发出去时，其值就增加I ;当node_counter值大于阈值k时,就逐渐降低amp_ratio的值来放松当前节点对于报文转发条件的限制。
[0028]一种基于社会属性转发的容迟网络节能路由方法，其特征在于，对于新生成的报文从源节点到目的节点路由时，按以下步骤执行:
[0029]步骤1、节点Vi携带准备发往目的节点Vd的报文Msg,在某个时刻它遇到了节点Vj并且该节点没有携带Msg ；
[0030]步骤2、如果节点Vj是目的节点vd,节点Vi将Msg转发给节点Vj,方法结束；否则，转到步骤3 ；
[0031]步骤3、如果节点Vi的SM值SM(Vi)小于节点Vj的SM值SM(Vj)，转到步骤4 ;否则，节点Vi继续携带Msg等待与其它节点相遇，当遇到其它节点时再从步骤I开始进行路由选择；
[0032]步骤4、如果Msg的node_counter值大于阈值k,转到步骤5 ;否则,转到步骤6 ；
[_]步骤5、计算
【权利要求】
1.一种基于社会属性转发的容迟网络节能路由方案，包括以下步骤: 步骤1、根据节点相遇的历史信息建立社会关系图； 步骤2、根据建立好的社会关系图，计算必要的节点自身的社会属性和节点之间的社交关系; 步骤3、对新生成的报文进行路由选择； 其特征在于，对新生成的报文从源节点到目的节点传递按照以下原则路由: 原则1:网络中报文的转发均采用单副本的方式； 原则2:对每一个新生成的报文建立一个生存周期TTL字段，其初始值为一个预设的自然数n，该报文每被转发一次TTL字段就会减1，当TTL值减小到O的时候节点就将该报文丢弃； 原则3:携带报文的节点当且仅当遇到比自己的社交指标SM值大amp_ratio倍的节点时才将报文转发给该节点。
2.根据权利要求1所述的一种基于社会属性转发的容迟网络节能路由方案，其特征在于，SM值的计算可以选取任何一种已有社会属性,如SimBet、social energy,也可以是新定义的能够反应节点之间社交关系的新的度量指标。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于社会属性转发的容迟网络节能路由方案，其特征在于，amp_ratio值应随着TTL的减小而减小。
4.根据权利要求3所述的一种基于社会属性转发的容迟网络节能路由方案，其特征在于，amp_ratio值通过下式计算:
5.根据权利要求1或2或4任一所述的一种基于社会属性转发的容迟网络节能路由方案，其特征在于，对每一个新生成或刚被转发的报文建立一个计数器node_counter字段，其初始值为O，当携带报文节点每遇到一个SM值比自己大的节点但仍未能将报文转发出去时，其值就增加I ;当node_counter值大于阈值k时,就逐渐降低amp_ratio的值来放松当前节点对于报文转发条件的限制。
6.根据权利要求5所述的一种基于社会属性转发的容迟网络节能路由方案，其特征在于，当node_counter值大于阈值k时amp_ratio值通过下式计算:
7.一种基于社会属性转发的容迟网络节能路由方法，其特征在于，对于新生成的报文从源节点到目的节点路由时，按以下步骤执行: 步骤1、节点Vi携带准备发往目的节点Vd的报文Msg，在某个时刻它遇到了节点Vj并且该节点没有携带Msg ； 步骤2、如果节点Vj是目的节点vd,节点Vi将Msg转发给节点Vj,方法结束；否则,转到步骤3 ; 步骤3、如果节点Vi的SM值SM(Vi)小于节点 ' 的SM值SM(')，转到步骤4 ;否则，节点Vi继续携带Msg等待与其它节点相遇,当遇到其它节点时再从步骤I开始进行路由选择；步骤4、如果Msg的node_counter值大于阈值k,转到步骤5 ;否则,转到步骤6 ； 步骤5、计算
【文档编号】H04L12/721GK104009916SQ201410275985
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年6月19日 优先权日:2014年6月19日
【发明者】李凡, 田晨飞 申请人:北京理工大学