基于社交圈子划分的延迟容忍移动社会网络数据转发方法
【专利摘要】本发明是一种基于社交圈子划分的延迟容忍移动社会网络数据转发方法，延迟容忍移动社会网络是最近的研究热点，现有的基于圈子划分的数据转发方法，大都是根据节点的相遇关系将节点划分到不同的圈子之中，然后借助圈子进行寻路转发。但是，仅根据节点的相遇关系进行圈子的划分，一方面容易将一些没有相遇机会的节点划分到同一个圈子中，另外一方面也会形成单调增长的圈子集合。本发明借助于节点活动地理社区合相遇关系，进行节点社交圈子的划分，然后在此基础上进行消息的寻路转发，方法简单实用性高。
【专利说明】基于社交圈子划分的延迟容忍移动社会网络数据转发方法
【技术领域】
[0001] 本发明针对延迟容忍移动社会网络（Delay Tolerant Mobile Social Networks, 简称DTMSN)提出了一种基于相遇圈子划分的数据转发方法，主要用来解决在延迟容忍移 动社会网络面临网络分割情况下的数据传输问题，属于计算机无线通信【技术领域】。
【背景技术】
[0002] 传统自组织网络的数据传输基于先寻路后转发的方式，这种方式要求网络的端与 端之间至少存在一条稳定的连接。然而，在实际的自组织网络中，节点往往部署稀疏、移动 迅速、具有严格的能量限制，造成网络大部分时间处于非全连通的状态。在此类网络环境 下，由于不能保证源节点与目的节点之间时时存在稳定的连通路径，传统的基于先寻路后 转发的移动自组网通信模式不再适用。如口袋交换网、偏远乡村网络、野生动物追踪网络 等。为了实现这类网络环境下的数据通信，研究者提出了延迟容忍网络（Delay Tolerant Network，DTN)。延迟容忍网络通过采用存储-携带-转发的新型数据通信模式，解决了网 络中端与端之间不存在稳定链路情况下的数据传输问题，延迟容忍网络具有间歇连接、资 源受限、时延较高等特点。
[0003] 近些年，随着成本降低、性能提高和体积缩小，智能手机、掌上电脑等便携式移动 通信设备，得到快速的普及和广泛的应用。Wi-Fi，NFC、Bluetooth以及RFID等技术的出 现又使得这些个人移动设备之间可以在不借助于运营商的通信基础设施的情况下实现本 地通信。由这种便携式移动通信设备节点组成的延迟容忍移动社会网络（Delay Tolerant Mobile Social Network)因此诞生。在该网络中，节点移动不再是随机的，而是受到其携带 者"人"的控制。人类的移动是具有社会性的，从而使得节点的移动呈现出相应的规律性。
[0004] 延迟容忍移动社会网络同样面临由节点频繁移动等带来的网络分割问题，这使数 据转发机制成为其研究的重中之重，因为数据转发机制是否高效很大程度上决定了机会网 络能否成功的应用。然而，节点的频繁移动、受限的网络资源、网络全局信息的缺乏以及多 样的移动模式都给数据转发机制的设计带来了极大的挑战，因此亟需研究适用于该网络的 数据转发机制。目前对于延迟容忍移动社会网络的数据转发机制的研究取得一定的进展， 典型的是利用节点之间社交关系强度的不同，将节点划分到不同的社交圈子中，节点通过 自己的社交圈中的好友节点将信息转给目的节点。该方法中，圈子的划分采用了较为单一 的标准（仅根据节点的社交关系强度），较容易带来错误的划分，比如节点A与B、C分别为 同事与家人的关系，采用上述方法，将会把B与C划分到同一个圈子中，而实际上，他们是不 属于同一个圈子。
【发明内容】
[0005] 技术问题：本发明的目的是提出一种基于社交圈子划分的延迟容忍移动社会网络 数据转发方法，来解决面临网络分割情况下的数据传输问题。通过使用本发明提出的方法， 可以提高节点圈子划分的准确度，从而辅助消息的正确转发。
[0006] 技术方案：本发明提出的数据转发机制，将每一个人载移动设备（如手机、ipad) 视作一个节点，每个节点可以实现地理定位，以获知自己目前所处的地理社区（如手持移 动设备作为RFID阅读器，通过在活动场所入口处的RFID标签获取所在的地理社区），然 后综合地理信息和节点的相遇关系划分节点的社交圈子，最后借助社交圈子实现数据的转 发。其中：
[0007] 节点：人载移动设备，受到需求和合作驱动的人类社交活动的影响，节点的移动相 遇关系呈现出一定的稳定性。
[0008] 稳定相遇关系：在节点一个活动周期T内，若节点A与节点B的接触时长 ⑶(A，B)彡λ，则节点A与B具有稳定的相遇关系。
[0009] 邻居节点：与节点具有稳定相遇关系的节点称为节点的邻居节点。
[0010] 地理社区：节点活动的聚集场所，如教室、宿舍等，每个地理社区具有唯一的标识 符CID (Community ID)，整个网络场景包括多个地理社区，如图1所示，节点每移动进入一 个地理社区便可获取其地理社区号CID。
[0011] 地理社区集：节点活动的地理社区的集合，初始化时，由节点选定，节点A的地理 社区集用U(A)表示。
[0012] 标准地理社区数据库：由经过统一规范化命名的地理社区号组成的数据库系统。
[0013] 圈子：由节点的邻居节点构成的节点集。
[0014] 一、体系结构
[0015] 本发明的技术方案具体由三个部分组成：（一）建立节点活动的地理社区集； (二）划分节点的社交圈子；（三）基于社交圈子的数据转发。
[0016] 二、方法流程
[0017] 本方法包括以上所述3个部分，对每部分的详细论述如下：
[0018] (一）建立节点活动的地理社区集
[0019] 建立节点活动的地理社区集，主要目的包括：①对节点偶发性访问的地理社区进 行剔除，因为这些地理社区并不是节点常规访问的社区，在节点的以后活动中，很少或者几 乎不到访这些社区，记录其中的相遇关系意义不大。②用来对节点的邻居节点进行圈子划 分，节点因为社会关系建立了与邻居节点的稳定相遇关系，但是，这些社会关系是不同的， 可以是同事关系，也可以是家人关系，因此不能将节点所有的邻居节点划分到同一个圈子 中，考虑到节点活动呈现的地理社区特性，通过地理社区将节点的邻居节点集进行圈子划 分，如具有同事关系的节点一般在公司相遇，具有家人关系的节点多在家中相遇。建立节点 活动的地理社区集的具体步骤如下。
[0020] 该方法包含以下三个部分：
[0021] a.建立节点活动的地理社区集；
[0022] al.节点根据实际活动轨迹从标准地理社区数据库中，选取自己常规性访问的地 理社区,构成自身活动的地理社区集U(id) = {CIDpCID；^......}，其中id是节点的标识；
[0023] a2.随着节点社会活动情况的变化，节点选择新的地理社区加入到自己的地理社 区集，并将过时的地理社区从地理社区集中删除；
[0024] b.划分节点的社交圈子；
[0025] bl.节点根据自身活动周期规律，选取能反映自身活动周期的信息统计周期T和 节点接触时长阈值λ，T选取1天，λ选取30分钟；
[0026] b2.节点每次移动进入一个地理社区，首先获取当前地理社区号CID，并将其与自 身地理社区集U中的社区号进行匹配，如果CIDiU转步骤b4 ;否则转步骤b3 ;
[0027] b3. CID e U，说明此时节点位于其常规访问的地理社区 中，节点将其在该地理社区与其他节点的相遇信息记录在一个集合 M：i),(CIDH(ID2,CD(IDl,ID2)), (ID3,CD(ID1,ID3)),......丨中，完成初始的圈子划分，其中， ID1为当前节点，ID2、ID3为ID1的相遇节点，⑶（ID1，ID2)为两个节点的接触时长，其中， 节点多次相遇时，该值为各次相遇时长累加值，转步骤b5 ;
[0028] b4. CIDeu,说明该地理社区不是节点常规访问的社区，则节点对该地理社区的 相遇信息不予记录，转步骤b5 ;
[0029] b5.判断统计周期T = 1天是否到达，若是转步骤b6 ;否则转步骤b2 ;
[0030] b6. -个统计周期T结束，节点在自己的相遇信息集中剔除那些⑶〈λ的非邻 居节点，得到新的相遇记录集MID1(CID) = {ID|⑶(ID1，ID)彡λ}，即节点ID1在地理社区 CID内的社交圈子集，最终将节点ID1的地理社区集U中的每个地理社区CID的社交圈子组 成节点 ID1 的圈子集合 Circle (ID1) = {MID1(CID) |CID e U};
[0031] c基于社交圈子的数据转发；
[0032] cl.判断节点Q是否为消息msg的目的节点，若是，转步骤c8 ;否则转步骤c2 ;
[0033] c2.判断目的节点D与节点S在地理社区CID内的关系，D是否位于节点S在地理 社区CID内的社交圈子中，即D e Ms (CID)是否成立，若是，转步骤c7 ;否则转步骤c3 ;
[0034] c3.判断目的节点D与节点Q在地理社区CID内的关系，D是否位于节点Q在地理 社区CID内的社交圈子中，即D e MQ(CID)是否成立，若是，节点S将消息msg转发给节点 Q，转步骤c7);否则，转步骤c4);
[0035] c4.判断节点S与目的节点D的关系，D是否位于节点S的整个社交圈集合中， 即在节点3的社交圈集合(^1^16(5)=邋((：10)|(：10￡以5)}中，是否3此((：1〇)，使 D e MS(CID)成立，若是，转步骤c7 ;否则转步骤c5 ;
[0036] c5.判断节点Q与目的节点D的关系，D是否位于节点Q的整个社交圈集合中， 即在节点Q的社交圈集合Circle(Q) = {MQ(CID)|CIDeU(Q)}中，是否3Mq(CID)，使 D e MQ(CID)成立，若是，节点S将消息转发给节点Q，转步骤c7 ;否则转步骤c6 ;
[0037] c6.数据转发进入这一步，说明目的节点D与节点S、Q均无任何联系，此时，需要 将消息转发给活动范围较广的节点，以便能够尽快寻得与目的节点的联系，判断U(Q)〈U(S) 是否成立，若是，若是,则节点S携带消息msg继续移动,直至遇到新的节点转cl ;否则，节 点S将消息转发给节点Q，转步骤c7 ;
[0038] c7.节点携带消息msg继续移动，直至遇到新的节点转步骤cl ;
[0039] c8.节点将消息msg交付给目的节点，过程结束。
[0040] 有益效果：本发明提出了一种基于节点社交圈子划分的延迟容忍移动社会网络数 据转发方法，主要用于解决延迟容忍移动社会网络的数据传输问题。该方法与现有技术相 比具有如下优点：
[0041] (1)该方法中节点将地理社区加入到节点社交圈子的划分中，而不是仅仅根据节 点的相遇次数进行社交圈子的划分，提高圈子划分的准确性且简单易于实现。
[0042] (2)该方法借助于节点的地理社区集和节点的社交圈子两个因素来辅助消息的传 输，降低了消息转发的盲目性。
【专利附图】
【附图说明】
[0043] 图1网络组成结构图。
[0044] 图2方法总流程概要图。
[0045] 图3节点社交圈子划分流程图。
[0046] 图4基于社交圈子的数据转发流程图。
【具体实施方式】
[0047] 本发明一种基于社交圈子划分的延迟容忍移动社会网络数据转发方法，借助节点 活动的地理社区性以及相遇关系，进行社交圈子的划分，从而辅助数据的转发。
[0048] 在如图1所示的环境中，各个地理社区具有唯一的标识符CID，移动进入这些社区 的节点可以获得其CID号。
[0049] 该方法主要包括（一）建立节点活动的地理社区集、（二）划分节点的社交圈子、 (三）基于社交圈子的数据转发3个步骤，如图2所示。下面就这3个部分进行详细的阐 述：
[0050] (一）建立节点活动的地理社区集
[0051] 建立节点活动的地理社区集的目的是获取节点在社会活动过程中常规访问的地 理社区集，便于以后以地理社区集进行节点社交圈子的划分，具体步骤如下：
[0052] 1)每个具有唯一 id标识的节点根据自身实际活动轨迹从标准地理社区数 据库中，选取自己常规性访问的地理社区CIDp构成自身活动的地理社区集U(id)= {CID" CID2......}。
[0053] 2)随着节点社会活动情况的变化，节点可以选择新的地理社区加入到自己的地理 社区集，并将过时的地理社区从地理社区集中删除。
[0054] (二）划分节点的社交圈子
[0055] 节点的地理社区集获取以后，节点便可基于地理社区集进行自己社交圈子的划 分，假设节点活动的周期T为1天，在活动周期内，节点接触时长CD超过λ =30分钟的节 点即为邻居节点，如图3节点社交圈子划分的主要步骤包括：
[0056] 1)节点根据自身活动周期规律，选取能反映自身活动周期的信息统计周期Τ = 1 天和节点接触时长阈值λ = 30min，转2)。
[0057] 2)节点每次移动进入一个地理社区，首先获取当前地理社区号CID，并将其与自 身地理社区集U中的社区号进行匹配，如果CIDGU转4);否则转3)。
[0058] 3)CID e U，说明此时节点位于其常规访问的地理社区中， 节点将其在该地理社区与其他节点的相遇信息记录在一个集合 M：n,(CID)=!(ID2,CD(IDlJD2)), (ID3,CD(ID1,ID3)),……丨中，完成初始的圈子划分，其中， ID1为当前节点，ID2、ID3为ID1的相遇节点，CD(ID1，ID2)为两个节点的接触时长（节点 多次相遇时，该值为各次相遇时长累加值），转5)。
[0059] 4) CID^U，说明该地理社区不是节点常规访问的社区，则节点对该地理社区的相 遇信息不予记录，转5);
[0060] 5)判断统计周期T = 1天是否到达，若是转6);否则转2)。
[0061] 6) -个统计周期T结束，节点在自己的相遇信息集中剔除那些⑶〈λ的非邻居 节点，得到新的相遇记录集MID1(CID) = {ID|CD(ID1，ID)彡λ}，即节点ID1在地理社区CID 内的社交圈子集，最终将节点ID1的地理社区集U中的每个地理社区CID的社交圈子组成 节点 ID1 的圈子集合 Circle (ID1) = {MID1(CID) |CID e U}。
[0062] (三）基于社交圈子的数据转发；
[0063] 此部分基于上述两个部分。不失一般性，假设节点S携带一个目的节点为D的消 息msg，节点S在社区CID内移动过程中遇到节点Q。此时，S要选择是否通过节点Q进行 消息转发，基于社交圈子划分的数据转发的主要步骤如下：
[0064] 1)判断节点Q是否为消息msg的目的节点。若是，转8);否则转2);
[0065] 2)判断目的节点D与节点S在地理社区CID内的关系，D是否位于节点S在地理 社区CID内的社交圈子中，S卩DeM s(CID)是否成立。若是，转7);否则转3);
[0066] 3)判断目的节点D与节点Q在地理社区CID内的关系，D是否位于节点Q在地理 社区CID内的社交圈子中，即D e MQ(CID)是否成立。若是，节点S将消息msg转发给节点 Q，转7);否则，转步骤4)
[0067] 4)判断节点S与目的节点D的关系，D是否位于节点S的整个社交圈集合中， 即在节点S的社交圈集合Circle(S) = {MS(CID) |CID e U(S)}中，是否3MS(CID)，使 D e MS(CID)成立。若是，转7);否则，转5)
[0068] 5)判断节点Q与目的节点D的关系，D是否位于节点Q的整个社交圈集合中， 即在节点Q的社交圈集合Circle(Q) = {MQ(CID)|CID e U(Q)}中，是否3Mq(CID)，使 D e MQ(CID)成立。若是，节点S将消息转发给节点Q，转7);否则，转6)
[0069] 6)数据转发进入这一步，说明目的节点D与节点S、Q均无任何联系，此时，需要 将消息转发给活动范围较广的节点，以便能够尽快寻得与目的节点的联系，判断U(Q)〈U(S) 是否成立。若是，转7);否则，节点S将消息转发给节点Q，转7)
[0070] 7)节点携带消息msg继续移动,直至遇到新的节点转1);
[0071] 8)节点将消息msg交付给目的节点，过程结束。
【权利要求】
1. 一种基于社交圈子划分的延迟容忍移动社会网络数据转发方法，其特征在于该方法 包含以下三个部分： a. 建立节点活动的地理社区集； al.节点根据实际活动轨迹从标准地理社区数据库中，选取自己常规性访问的地理社 区，构成自身活动的地理社区集U(id) = {CIDpCI%……}，其中id是节点的标识； a2.随着节点社会活动情况的变化，节点选择新的地理社区加入到自己的地理社区集， 并将过时的地理社区从地理社区集中删除； b. 划分节点的社交圈子； bl.节点根据自身活动周期规律，选取能反映自身活动周期的信息统计周期T和节点 接触时长阈值λ，T选取1天，λ选取30分钟； b2.节点每次移动进入一个地理社区，首先获取当前地理社区号CID，并将其与自身地 理社区集U中的社区号进行匹配，如果CIDiU转步骤b4 ;否则转步骤b3 ; b3. CID e U，说明此时节点位于其常规访问的地理社区中， 节点将其在该地理社区与其他节点的相遇信息记录在一个集合 M,m(CID)=!(ID2,CD(IDl,ID2)), (ID3,CD(ID1,ID3)),……!.中，完成初始的圈子划分，其中， ID1为当前节点，ID2、ID3为ID1的相遇节点，⑶（ID1，ID2)为两个节点的接触时长，其中， 节点多次相遇时，该值为各次相遇时长累加值，转步骤b5 ; b4. CIDeu,说明该地理社区不是节点常规访问的社区，则节点对该地理社区的相遇 信息不予记录，转步骤b5 ; b5.判断统计周期T = 1天是否到达，若是转步骤b6 ;否则转步骤b2 ; b6. -个统计周期T结束，节点在自己的相遇信息集:M中剔除那些⑶〈λ的非邻居节 点，得到新的相遇记录集MID1(CID) = {ID|⑶(ID1，ID)彡λ}，即节点ID1在地理社区CID 内的社交圈子集，最终将节点ID1的地理社区集U中的每个地理社区CID的社交圈子组成 节点 ID1 的圈子集合 Circle (ID1) = {MID1(CID) |CID e U}; c基于社交圈子的数据转发； cl.判断节点Q是否为消息msg的目的节点，若是，转步骤c8 ;否则转步骤c2 ; c2.判断目的节点D与节点S在地理社区CID内的关系，D是否位于节点S在地理社区 CID内的社交圈子中，即D e MS(CID)是否成立，若是，转步骤c7 ;否则转步骤c3 ; c3.判断目的节点D与节点Q在地理社区CID内的关系，D是否位于节点Q在地理社区 CID内的社交圈子中，即D e MQ(CID)是否成立，若是，节点S将消息msg转发给节点Q，转 步骤c7);否则，转步骤c4); c4.判断节点S与目的节点D的关系，D是否位于节点S的整个社交圈集合中，即在节 点3的社交圈集合(^(^(5)=敗((：10)|(：10￡以5)}中，是否3"、((：'1〇)，使1)￡|^((：10) 成立，若是，转步骤c7 ;否则转步骤c5 ; c5.判断节点Q与目的节点D的关系，D是否位于节点Q的整个社交圈集合中，即在节 点0的社交圈集合(^1^16(0)=復<3((：10)|(：10￡以0)}中，是否3]^〇((：1〇)，使1)￡厘 (3((：10) 成立，若是，节点S将消息转发给节点Q，转步骤c7 ;否则转步骤c6 ; c6.数据转发进入这一步，说明目的节点D与节点S、Q均无任何联系，此时，需要将消 息转发给活动范围较广的节点，以便能够尽快寻得与目的节点的联系，判断U(Q)〈U(S)是 否成立，若是，若是，则节点S携带消息msg继续移动,直至遇到新的节点转cl ;否则，节点 S将消息转发给节点Q，转步骤c7 ; c7.节点携带消息msg继续移动，直至遇到新的节点转步骤cl ; c8.节点将消息msg交付给目的节点，过程结束。
【文档编号】H04W4/02GK104159190SQ201410313097
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月2日 优先权日:2014年7月2日
【发明者】肖甫, 孙国霞, 王汝传, 蒋凌云, 孙力娟, 黄海平, 沙超, 徐佳 申请人:南京邮电大学