一种基于机会网络的移动设备消息传播方法与流程

本发明具体涉及一种基于机会网络的移动设备消息传播方法，属于移动设备机会网络技术领域。

背景技术：

机会网络是一种节点间自行组网来提供网络服务的延时容忍网络，网络的通信可摆脱对基础设施的依赖，利用节点的相遇机会进行消息的转发。机会网络在军事、车载网络、自然资源监控等领域都获得了充分的应用。

在一些缺少通信网络基础设施的军事管理区，有数量不菲的可以利用机会网络进行消息传播的设备，包括人员携带的一些终端机等移动设备，以及通过移动的交通工具、无人侦查设备等携带的终端移动设备，这些设备之间可以在一定的距离范围之内时间消息交换。如果能把这些设备组成一个整体的机会网络，每个移动设备形成一个携带和传输消息的节点，通过节点的移动实现一个终端设备向特定的一个或多个终端设备的消息传输，将是具有积极意义的。

二元喷雾等待(bsw)是一种经典的机会网络路由算法，算法分为两个阶段，spray阶段和wait阶段。根据网络规模的大小，初始时，源节点生成k个消息副本以在spray阶段进行消息的转发与扩散，spray阶段时，任何携带l(l≦k)个消息副本的节点a，a为源节点或中继节点，a与无消息副本的邻居节点i相遇，给其传输l/2个消息副本，重复该过程，直到各节点仅携带一个消息副本时，进入wait阶段，在wait阶段时，各节点等待与目的节点相遇的机会，完成消息的传递。

bsw算法的不足之处在于，没有考虑到节点即移动设备的活跃程度，每个节点的活跃程度不同，传播消息的效率不同，传统的bsw算法采用分配二分之一的方法，没有充分的利用活跃度高的节点，特别是当活跃度高的节点遇到活跃度低的节点时，传递给其的一半的消息副本，反而降低了消息传播的机会。这样的结果就是在相同的初始副本数量的情况下，消息在机会网络中传输的较慢，为了提高投递成功率，就必须增大初始的消息副本数量，就必然的形成了大量的消息冗余。

根据统计和仿真实验可知，消息传递的次数越多，被成功传输到目的节点的机会就越小，因此如何解决初期消息副本的传播效率问题，使其更快的在社交网络中进行传输，提高消息投递的成功率，是一个亟待解决的问题。

“一种基于节点活跃度的机会网络bsw算法的改进”，内蒙古科技大学学报，2017年6月，第36卷第2期，公开了一种与节点活跃度相关的机会网络消息传递的改进方法，这种方法虽然在消息传递过程中利用了节点活跃度的概念，但是没有从全局角度考虑节点活跃度的利用，仅仅是两个相遇节点进行活跃度比较，效果有限。

技术实现要素：

因此，本发明针对现有技术中存在的不足，提出一种基于机会网络的移动设备消息传播方法。用于在军事管理区进行移动节点之间的消息传递，并且解决传递效率不高和大量消息冗余的问题。

具体的技术方案为：

一种基于机会网络的移动设备消息传播方法，所述方法具体为：

首先按照节点活跃度的数值大小将机会网络中的所有移动设备节点划分为n个活跃度等级；

发送消息的移动设备节点即源节点生成k个消息副本，与源节点相遇的节点称为携带节点，源节点与无消息副本的携带节点相遇时给携带节点ln个消息副本，ln<k，ln的数值依据当前携带节点的活跃度等级设定，活跃度越高的节点，ln的数值越大；

与携带节点相遇的节点称为中继节点，携带消息副本的携带节点与无消息副本的中继节点相遇时，给中继节点fn个消息副本，fn<k，fn的数值依据当前中继节点的活跃度等级设定，活跃度越高的节点，fn的数值越大，ln的最小取值大于fn的最大取值，携带节点剩余消息副本数为1时，进入等待状态，当携带节点剩余的消息副本数量小于当前相遇中继节点的fn时，携带节点保留一个消息副本进入等待状态并将其余消息副本给当前相遇的中继节点；

携带消息副本的中继节点与其它无消息副本的中继节点相遇时，给这个无消息副本的中继节点n个消息副本，n＝n+1，当携带消息副本的中继节点的剩余节点数值小于无消息副本的中继节点的n值时，携带消息副本的中继节点保留一个消息副本进入等待状态并将其余消息副本给当前相遇的无消息副本的中继节点，直至所有中继节点剩余消息副本数量为1，进入等待状态；

接收消息的移动设备节点称为目的节点，任何一个源节点、携带节点、中继节点与目的节点相遇，即完成消息传播。

区域内所有可以参与消息传递的移动设备组成整个移动社交网络，每个移动设备都是网络中的一个节点，发送消息的节点为源节点，接收消息的节点为目的节点，与源节点相遇的无携带消息节点为携带节点，与携带节点相遇的无携带消息节点为中继节点。

本发明方法与传统bsw算法的区别在于充分利用了节点的活跃度进行分区，根据节点的活跃度分区决定其携带和接收消息副本的数量，充分的利用活跃度高的节点，提高消息投递成功率。

进一步的，所述方法中节点活跃度取值为0-1。

在一个相对稳定的节点数量充足的社交网络中，在参考的时间段足够长的前提下，节点活跃度越高，说明该节点与其它节点相遇的概率越大，传播消息的机会也就越多。

进一步的，对于机会网络中的节点变化较多，缺少统计信息的情况，每个节点掌握自身的节点活跃度数值。

此时所述方法中活跃度等级划分具体为在0-1之间划分n个数值范围，形成n个活跃度等级，每个节点根据其活跃度数值的大小分配到对应的活跃度等级中。

进一步的，对于机会网络中节点较稳定，有统计信息的情况下，可预先对节点根据节点活跃度进行排序。

此时所述方法中活跃度等级划分具体为将所有的节点根据活跃度数值大小排序，再根据排序划分出n个活跃度等级，每个活跃度等级中的节点数目相等，当节点总数不是n的整数倍时，凑足n的整数倍划分等级后，在最高的活跃度级别中缺省设置不足的节点。

进一步的，对于一般的社交网络，所述方法中活跃度等级划分为3、5或7级。

进一步的，所述方法中fn的取值为

进一步的，所述方法中ln的取值为：ln＝fnmax+2n，其中fnmax为fn的最大值。

进一步的，本方法中节点活跃度计算式具体如下：

其中dn为节点n的节点活跃度，tn为节点n当前的活跃周期，表示节点n连续遇见两个节点的时间间隔，tmax为统计数据中节点n的最大活跃周期。

采用直观的计算节点活跃度的数值的方法，获得的活跃度为0-1之间的数值，活跃度数值越大，节点当前与其它节点相遇的机会越多。

本发明的有益效果在于：本发明的基于机会网络的移动设备消息传播方法与现有技术相比，具有以下优点：

本发明的方法对传统bsw算法进行改进，在节点分配和携带消息副本数量上参考了节点活跃度数值，阶梯式的消息副本数量，使得消息副本在传递过程中始终尽可能的由活跃度高的节点进行传递。这样在消息传递的初期即可实现较大范围的节点传递，在同等初始消息副本数量的情况下提高了消息投递的成功率，活跃度低的节点携带较少的消息副本，减少了网络内的消息冗余，提高了社交网络的消息传播效率和能力。

附图说明

图1为具体实施方式1中节点传递消息的流程图；

图2为具体实施方式2中节点传递消息的流程图；

图3为仿真实验中本发明方案与传统bsw算法消息投递成功率的对比示意图；

图4仿真实验中本发明方案与传统bsw算法消息冗余率的对比示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行说明：

具体实施方式1

如图1所示，s0为源节点，源节点生成消息并可复制消息副本，其余节点可参与消息传递的节点共计32个。

在本实施例中，采用根据活跃度数值进行分级的方式进行分级，共分为3级。

在本方法中节点活跃度计算式具体如下：

其中dn为节点n的节点活跃度，tn为节点n当前的活跃周期，表示节点n连续遇见两个节点的时间间隔，tmax为统计数据中节点n的最大活跃周期。每个节点都可实时更新自身的节点活跃度，具备统计的条件下，节点将自身的活跃度数值发送至系统的统计单元，由统计单元根据最新的各个节点的活跃度数值进行排序，用于后续的节点活跃度分级。

机会网络中每个节点负责计算并实时更新自身的活跃度数值，在0-1之间，其中活跃度为0-0.30的节点为1级节点，即n＝1,0.31-0.75为2级节点，n＝2，其余节点为3级节点，n＝3。网络中的节点相遇后互相识别活跃度级别，并判断是否携带任务消息副本，携带两个以上任务消息副本的节点遇到无消息节点则根据规则向其传输消息。

对节点进行编号，s1-s12为1级节点，s13-s26为2级节点，s27-s32为3级节点。

s0与两个携带节点相遇，1级节点s2，fnmax＝6,向其传输ln＝6+2＝8个消息副本，2级节点s21，向其传输6+4＝10个消息副本。

完成消息副本分发任务后两个携带节点剩余1个消息副本并进入等待状态，消息传递过程中，任何一个源节点、携带节点、中继节点与目的节点相遇，即完成消息传播。

携带节点向中继节点传输消息及中继节点之间传输消息的过程中，给1级节点1个消息副本，2级节点3个消息副本，3级节点6个消息副本，当携带消息副本的节点剩余消息副本数量不足时，自身保留一个后其余的消息副本传输给下一个节点。

具体的传输消息过程如图1所示，图中同一层级的节点与上一层节点相遇的先后顺序由左至右分布，三层以下的传输省略。

本发明的方案中，在满足分发消息副本数量随着节点活跃度的高低进行增减的前提下，fn和ln的取值可根据实际情况进行调整，不限于本实施例所采用的数值。

如果采用传统bsw算法，s2和s21将获得相同数量的消息副本，s6、s7、s9、s11等中继节点仍可获得大于1个的消息副本并且缓慢的等待发送出去，而s28、s25等较高活跃度等级的中继节点则无法获得数量较多的消息副本并充分发挥其传输能力强的特点。

本发明的方案中，活跃度等级低的节点接受分发消息副本的任务的数量更少，中继节点中，活跃度等级低的节点接收到消息副本后很快进入等待状态，消息副本更多的由活跃度高的节点进行发送。这样在同样消息副本数量的前提下，就可以用更短的时间将消息副本分发出去，大大减少了由于大量的消息副本保存在活跃度低的节点中，导致的消息冗余的情况发生。在机会网络传递消息的过程中，消息副本分发的次数越多，相应的投递成功率也随之降低，因此在消息分发的前几个层级提高效率的意义就非常重要。本发明的方法提高了消息投递的成功率和社交网络的消息传输效率。

具体实施方式2

如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例中，机会网络的节点比较稳定，有近期的各节点的活跃度的统计数值可供参考。将除源节点和目标节点外的所有节点按照活跃度大小排序并进行分级。

网络中共有57个节点，按照s1-s12,s13-s24,s25-s36,s37-s48,s49-s57，划分为5个活跃度等级。

由于三层以下的消息副本传递对消息发送成功率的影响已经很小，因此与图1一样，图2中也省略了三层以下的消息副本传输过程。从图2中可以看出，在改变了分成方式、增加了分层数和节点数目后，可获得较好的消息副本快速发送的效果。随着系统中节点数量的增加和节点的活跃程度差异的增大，本发明的方法的效果将愈加明显。

为验证本方法的可行性与有效性，在机会网络仿真平台one仿真环境下，本发明方法与传统bsw算法在相同条件下进行了传输性能的对比实验，基于真实数据集进行分析，选用消息投递成功率、消息冗余率两个个性能指标进行分析对比，结果如图3、图4所示，图中粗折线为本发明方案的变化线，细折线为传统bsw算法的变化线，从图中可以看出，相比于传统bsw算法，本发明的方案提高了消息投递成功率，降低了消息冗余率。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。