本发明涉及移动自组织网络(mobileadhocnetworks，manet)领域，特别是涉及基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法。
背景技术：
移动自组织网络(mobileadhocnetworks，manet)是一组具有无线通信能力的移动节点组成的网络，每一个节点即是移动终端同时也具备路由的功能。两个近邻节点之间可以直接通信，相距较远的节点可以通过多跳的方式实现通信。因此，移动节点可以在在没有任何通信基础设施支持的环境中自主组网，实现通信。移动自组织网络的一个应用场景是与其它网络融合，作为其一个子网来使用。这可以扩展移动自组织网络的应用，也是下一代网络将所有已存在的网络无缝连接起来的一个目标。因为manet中的地址结构与ip地址结构不兼容，因此，二者不能直接互联。现有方法主要是利用网关作为manet与其它异构网络之间的桥梁，实现协议的转换功能。因而manet移动节点与其它网络节点通讯的步骤(1)就是发现及选择网关，建立移动节点与网关的路径。
网关发现方法可以分为被动方案(reactivescheme)，主动方案(proactivescheme)及混合方案(hybridscheme)，在网关发现过程中，源节点根据设定的标准选择最佳网关，满足通信qos要求及提高网络性能。目前常见的网关选择方案基本都是根据qos参数来选择网关。如，源节点距离网关的跳数、源节点与网关间路径的质量、拥塞程度、延迟状况、丢包状况、网关负载情况等。源节点收集指定的qos参数，然后根据一个或若干个qos参数的加权和来选择最佳网关作为接入点。部分网关发现及选择方案中采用了模糊逻辑系统，用于处理动态自组网络系统中，qos参数的不确定性，优化网关选择的准确性。
现有网关选择方法的缺点是：
1.现有网关选择决策都是在网关发现结束之后，网关选择的周期和网关发现的周期是一致的。因此，一旦完成网关选择之后，在下一个网关发现周期到来之前也不能进行更改。更改选择的机会较少，不利于最优网关的选择。
2.移动自组织网络是一个动态网络，网络拓扑结构、流量等都是动态变化的。因此，所选网关随着网络状态的变化很可能不再是最优网关。网关选择方法对动态环境的适应性比较差。
3.源节点之间缺乏协作。所有源节点在选择网关时都是同时进行的，而且相互之间没有沟通，仅根据自身情况作出选择。因此，节点的网关选择决策会对彼此造成一定的不利影响，降低网络的性能。
技术实现要素：
为了解决现有技术的不足，本发明提供了基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法，它将细胞吸引子模型(attractorselectionmodel)融入网关发现及选择过程中，借鉴生物系统中细胞对动态环境的适应特性，优化移动自组织网络中的网关选择问题。该方法将活跃度映射为网关选择的合适程度，为每一个可选网关设定一个状态变量，通过周期性的发送网关广播及探测包，收集网关的性能参数并计算活跃度，驱动细胞吸引子模型演化，更新状态变量，根据状态变量选择网关。该方法具有数据传输延迟低、网关及节点负载均衡度高，自动适应网络的动态变化。
基于生物启发的移动自组织网络自适应网关选择方法，包括：
步骤(1)：网关周期性广播gwadv包，gwadv包是指网关公告信息包，gwadv包传播过程中，转发节点计算并更新路由性能参数，源节点在收到gwadv包后更新或建立源节点到网关的路由；进入步骤(3)；
步骤(2)：源节点根据路由表路由项周期性向路由表中所有网关发送探测包，网关收到探测包后向对应源节点回复确认包，确认包在传输过程中，转发节点计算并更新路由性能参数；进入步骤(3)；
步骤(3)：源节点在收到gwadv包或确认包后，计算网关选择活跃度，并驱动细胞吸引子模型演化并计算状态向量，然后在路由表中更新各个网关的状态向量值；
步骤(4)：源节点根据路由表中的网关状态向量值，选择状态向量值最大的网关作为默认网关。
所述步骤(1)中转发节点判断自身是否是源节点，若不是源节点，则当前转发节点继续转发gwadv包给下一个节点；若是源节点，就继续判断是否存在源节点到网关的路由，若存在就更新源节点到网关的路由；若不存在就建立源节点到网关的路由。
gwadv的英文全称是gatewayadvertisement。
所述步骤(1)中，更新或建立源节点到网关的路由：
如果已经存在源节点到网关的路由，则根据收到的gwadv包，更新路由表中路由项；
如果不存在源节点到网关的路由，则不论路由表中是否有默认网关路由信息，都依据gwadv包建立源节点到网关的路由项。
所述步骤(2)中，转发节点判断自身是否是源节点，若是源节点就进入步骤(3)；若不是源节点，则将确认包转发给下一个节点。
所述步骤(1)及步骤(2)中，转发节点计算并更新路由性能参数的步骤为：
转发节点从四个指标评估路由性能，所述四个指标，包括：路径长度、路径稳定性、路径服务能力和网关服务能力；
所述路径长度为网关与源节点之间的路由的跳数；
所述路径稳定性，通过计算网关与源节点之间路由上各个链路的信号强度得到，路径稳定性等于路径上稳定性最差的链路的稳定性；
所述路径服务能力，通过计算网关与源节点之间路由上各个节点的数据处理能力得到，路径服务能力等于路径上数据处理能力最差的节点的服务能力；
所述网关服务能力，通过网关的最大数据处理能力和网关已被占用数据流量计算得到。
转发节点在转发网关公告信息包或确认包之前，计算其转发路由的性能参数并在对应包中更新路由性能参数的数值。
所述路径稳定性s(rsg)计算方法为：
其中，rsg表示源节点s到网关g之间的路径，s(li)表示路径rsg上的第i条链路li的稳定性，pr表示链路两端节点的信号强度，k为系数；
路径服务能力c(rsg)计算方法为：
cm＝μ-σm；(4)
其中cm表示节点m的剩余数据处理能力，μ表示节点最大数据处理能力，σm表示当前节点已经使用的节点处理能力。
所述网关服务能力θg计算方法为：
其中c为网关的最大数据处理能力，γi和ρi分别表示通过网关的某个数据流的速率和数据包大小，n表示数据流的数量。
所述步骤(3)中，计算网关选择活跃度的步骤为：网关选择活跃度定义为源节点在选择某个网关作为默认网关后，通过默认网关与异构网络节点通信时的性能状态，通过综合考虑路径长度、路径稳定性、路径服务能力和网关服务能力四个指标来计算网关选择活跃度，利用s函数调节网关选择活跃度。
所述路径长度指标，通过计算源节点到所有网关的路径最短长度与源节点到当前所选网关的路径长度的比值得到。
所述路径稳定性指标，通过计算源节点到当前所选网关的路径的稳定性与源节点到所有网关的路径的最大稳定性的比值得到。
所述路径服务能力指标，通过计算源节点到当前所选网关的路径的服务能力与源节点到所有网关的路径的最大服务能力的比值得到。
所述网关服务能力指标，通过计算源节点当前所选网关的服务能力与所有可选网关的最大服务能力的比值得到。
所述路径长度指标
其中，hcur表示源节点到当前所选网关的路径的长度，r(s)表示源节点s到所有网关的路径的集合，hj表示源节点到第j个可选网关的路径的长度。
路径稳定性指标
其中，s(rsg)表示路径rsg的稳定性，r(s)表示源节点s到所有网关的路径的集合，rsgi表示路径集合中的第i条路径。
路径服务能力指标
其中,c(rsg)表示路径rsg的服务能力，r(s)表示源节点s到所有网关的路径的集合，rsgi表示路径集合中的第i条路径。
网关服务能力指标
其中，θg表示当前网关g的服务能力，g表示可选网关集合，gi表示集合g中的第i个网关。
综合路径长度、路径稳定性、路径服务能力和网关服务能力四个指标，加权计算得到综合指标q:
其中，λi为预设权值且
考虑各个指标之间的差异，进一步计算减少个别指标太高或太低对活跃度的影响，得到综合指标ψ，
ψ＝q-bδ，(11)
其中b为预设权值，δ表示各个指标的差异程度，计算方法为
最后计算网关选择活跃度α，利用s函数调节综合指标ψ对活跃度的影响程度：
其中，g1和g2是两个预设参数。
所述步骤(3)中，细胞吸引子模型演化并计算状态向量，具体公式为：
其中，xi表示状态变量，每一个xi对应一个可选网关，max1≤j≤nxj表示所有状态变量中的最大值，ηi表示系统的高斯噪声，n为一个常量，等于网络中网关的个数，α为网关选择活跃度，s(α)和d(α)分别表示网关选择活跃度α对状态变量变化的促进和抑制函数，计算公式为
所述步骤(4)中，选择最大状态向量值对应的网关作为默认网关，具体方法为：在源节点路由表中，检索到所有网关的路由项，选择状态值最大的路由项对应的网关作为默认网关。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)与其它网关选择方法相比，本方法将细胞吸引子模型融合进网关选择方法中，使本方法可以模仿细胞适应环境的机制自适应选择最佳网关。
2)本发明对移动自组织网络的动态拓扑环境适应性更好，网关选择反应速度快，灵活性好。
3)与其它网关选择方法比，本发明可以获的更好的网关负载均衡，提升了自组织网络与其它网络通信时的端到端延时和数据传递率指标，改善了网络性能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
在图1中步骤101，网络开始运行之后，所有网关节点按照预设时间间隔t1周期性广播gwadv包，该控制包在移动自组织网络内部洪范。gwadv包中设置一些扩展段，用于存储路径长度、路径稳定性、路径服务能力、网关服务能力等参数。广播之前，先存储网关服务能力θg，计算方法为
步骤102，在gwadv包洪范过程中，移动自组织网络移动节点收到gwadv包并在步骤103中进行处理。
步骤103，节点收到gwadv包后，会计算路径长度、路径稳定性、路径服务能力三个参数并更新gwadv包中相关字段，计算方法分别为：路径长度为网关与源节点之间的路由的跳数；路径稳定性s(rsg)计算方法为
其中rsg表示源节点s与网关g之间的路径，s(li)表示rsg上的一条链路li的稳定性，pr表示链路两端节点的信号强度，k为系数；
路径服务能力c(rsg)计算方法为：
cm＝μ-σm；
其中cm表示节点m的剩余数据处理能力，μ表示节点最大数据处理能力，σm表示当前节点已经使用的节点处理能力；
步骤104中，按照当前节点是否是源节点进行下一步操作，如果不是源节点，则更新完相关字段后按照步骤105直接转发给邻居节点，如果是源节点，则需要按照步骤106处理路由。
步骤105中，节点将gwadv包广播给所有一跳邻居节点；
步骤106中，如果当前节点路由表中已经存在到发送gwadv包的网关的路由项，则转步骤107，否则，依据步骤108则建立到该网关的路由；
步骤107中，节点依据gwadv包的信息更新路由表中相应的路由项。
步骤108中，依据收到的gwadv包建立到网关的路由项。与传统方法不同的是，不论当前节点路由表中是否有默认网关，都会建立到发送gwadv包的网关的路由项，因此，节点路由表中会存有到所有可选网关的路由项。在传统路由表的基础上，为路由项增加一个字段，记录该路由项的状态向量值。
步骤201中，源节点会依据路由表中存储的路由项，按照时间间隔t2周期性向所有网关发送探测包，用于评估路径质量。
步骤202中，网关节点收到探测包后，向源节点回复一个确认包，该确认包包含四个扩展字段，分别存放路径长度、路径稳定性、路径服务能力、网关服务能力等参数。网关在发送确认包之前，先存储网关服务能力θg，计算方法为
步骤203中，节点收到上游节点转发的确认包。
步骤204中，在将确认包转发给下一跳之前，先计算路径长度、路径稳定性、路径服务能力三个参数并更新确认包中相关字段，计算方法分别为：路径长度为网关与源节点之间的路由的跳数；路径稳定性s(rsg)计算方法为
其中rsg表示源节点s与网关g之间的路径，s(li)表示rsg上的一条链路li的稳定性，pr表示链路两端节点的信号强度，k为系数；
路径服务能力c(rsg)计算方法为：
cm＝μ-σm；
其中cm表示节点m的剩余数据处理能力，μ表示节点最大数据处理能力，σm表示当前节点已经使用的节点处理能力；
步骤205中，如果当前节点不是源节点，则按步骤206转发给下一跳节点，否则执行步骤207。
步骤206中，在路由表中查找相关路由项，节点将确认包转发给下一跳节点。
步骤207中，依据确认包扩展字段中包含的各项性能参数，计算活跃度。通过综合考虑路径长度、路径稳定性、路径服务能力、网关服务能力四个指标来计算活跃度，具体计算方法为：
路径长度指标计算方法为：
其中hcur表示源节点到当前所选网关的路径的长度,r(s)表示源节点s到所有网关的路径的集合。
路径稳定性指标计算方法为：
路径服务能力指标计算方法为：
网关服务能力指标计算方法为：
综合以上四个指标，加权计算得到q:
其中
考虑各个指标之间的差异，减少个别指标太高或太低对活跃度的影响，进一步计算得到ψ，
ψ＝q-bδ，
其中b为预设权值，
最后计算活跃度α,利用s函数调节综合指标ψ对活跃度的影响程度：
步骤208中，利用细胞吸引子模型计算状态变量，方法为：
其中
步骤209中，在更新完状态向量后，源节点检索自己的路由表，在所有通向网关的路由项中，选择状态值最大的路由项对应的网关作为默认网关，并更新默认网关的路由项。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。