一种基于节点社区交互概率的机会路由方法

本发明涉及延迟容忍网络的数据传输，具体涉及一种基于节点社区交互概率的机会路由方法。

背景技术：

1、延迟容忍网络(delay tolerant network，dtn)是一种自组织网络，主要为无基础设施组网提供通讯服务，例如军事战争、灾后紧急救援等场景。dtn中的感知节点主体为移动设备(节点)，各节点通过蓝牙或zigbee等无线技术进行通信。当两个节点处于彼此的通信范围内时，它们彼此可以通信，也称上述两个节点“相遇”。dtn的最大特点是节点的移动性。这造成网络拓扑变化频繁，端到端之间很难存在一条稳定的链路。dtn通常采用节点“存储-携带-转发”的方式，即机会路由，来实现消息的传递。因此，机会路由的设计重点在于：如何充分利用节点间的“相遇”机会，选择合适的“下一跳”节点，实现消息的高效传输。

2、众所周知，移动设备(节点)的主要载体是人，那么，节点的移动和节点之间的交互都会受到人的社会性影响。现有的机会路由通常在“下一跳”选择时，加入对社会属性因素的考虑，例如节点的中心度属性等。这也是机会路由当前的热点研究方向。上述节点的社会属性，通常基于社会网络中的社区概念，即社会关系亲密度高的节点构成的群体。由于节点间联系紧密程度的影响，消息在社区内的传输通常是高效的，而跨社区的传输则存在困难。特别是，当跨社区的“桥”节点的中心度低时，消息的跨社区“下一跳”选择会面临寻址盲目的挑战。进一步的，随着移动设备的爆炸式增长，网络中的节点数量，以及社区数量急剧增加，跨社区更加困难。另外，移动设备能够分配给消息传递的资源仍然有限。因此，亟需设计一种新型的机会路由方法，在传输资源有限的情况下，实现跨社区消息的高效传输，并获得良好的路由性能。

3、现有两类经典的机会路由：一种是利用节点的社会属性指导“下一跳”，典型代表为bubble路由；另一种是利用节点历史“相遇”信息指导“下一跳”，典型代表为prophet路由。

4、bubble路由的“下一跳”选择主要依赖于节点的中心度排名，包括节点在社区内的局部排名，以及节点在全网的全局排名。其消息转发机制如下：在社区间转发时，消息被转发至具有更高全局排名的节点，直至转发给目的社区节点；在社区内转发时，消息被转发至具有更高局部排名的节点，直至转发至目的节点。bubble受益于节点社会关系的稳定性，具有消息传输开销低的优点；但在社区间“桥”节点中心度低，或者社区较多时，存在跨社区“下一跳”寻址盲目的缺点。

5、prophet路由的“下一跳”选择主要依赖于对未来“相遇”机会的预测。其消息转发机制如下：两个节点在“相遇”时，根据当前时刻对未来“相遇”机会的预测，决定是否转发消息。prophet受益于节点移动的周期性，具有消息投递率高的优点；但其投递率主要依赖于网络中的消息“冗余”副本，存在网络开销高的缺点。

技术实现思路

1、本发明的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本发明的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

2、为了解决路由性能较差的技术问题，本发明提出了一种基于节点社区交互概率的机会路由方法。

3、本发明提供了一种基于节点社区交互概率的机会路由方法，该方法包括：

4、通过目标节点，将目标节点对应的目标信息发送至对方节点，其中，目标信息包括：消息摘要向量、社区属性表和节点-社区交互概率表；

5、通过目标节点，接收对方节点对应的目标信息；

6、创建目标节点的待转发消息队列，更新目标节点对应的目标信息包括的节点-社区交互概率表，得到更新后的目标信息，其中，待转发消息队列包括：目标节点携带，但对方节点未携带的消息；

7、根据对方节点对应的目标信息和目标节点对应的更新后的目标信息，采用ncipor算法的单节点消息转发策略，对待转发消息队列中的每条待转发信息进行转发包括：若对方节点为所述待转发信息对应的目的节点，则将所述待转发信息转发至对方节点；若目标节点与所述待转发信息对应的目的节点属于同一社区，则采用社区内转发策略进行转发；若目标节点与所述待转发信息对应的目的节点不属于同一社区，则采用社区间转发策略进行转发。

8、可选地，生成消息摘要向量的过程，包括：

9、令v＝{vi|1≤i≤n}表示dtn中的所有节点，其中，vi表示节点i，节点i是目标节点，n是节点总数；每个节点会以随机速率生成目的节点为其它节点的消息；令表示一条消息的索引，作为消息的唯一性标识，其中，vs是消息的生成节点，vd是消息的目的节点，t是消息的生成序号；每个节点均携带一个消息摘要向量；令表示节点i对应的目标信息包括的消息摘要向量，其中，表示节点vi携带有索引为的消息。

10、可选地，生成社区属性表的过程，包括：

11、将节点携带者之间的社交关系，作为节点之间的社交关系，将dtn表示为一个社交网络图g＝(v,e,w)，其中，v＝{vi|1≤i≤n}，vi表示节点i；e＝{ei,j|1≤i,j≤n}，其中，ei,j＝(vi,vj)表示节点i和节点j的携带者之间存在直接社交关系；w＝{wi,j|1≤i,j≤n}，其中，wi,js.t.ei,j∈e表示节点i和节点j的携带者之间的直接社交关系的重要性；

12、令表示节点i的携带者所属的社区id号，满足c是网络中所有社区的id号集合；根据社交网络图g，确定节点i的中心度对应的公式为：

13、

14、其中，表示节点i的中心度，xij是节点i与节点j之间的直接联系数量，i≠j，n是节点总数；节点i是目标节点，节点j是对方节点；

15、将和组成节点i对应的目标信息包括的社区属性表。

16、可选地，所述更新目标节点对应的目标信息包括的节点-社区交互概率表，包括：

17、令p(vi，cv，)old表示节点i与社区之间更新前的交互概率预测值；

18、当节点vi与社区中的所有节点在一个时间单元内均未“相遇”时，对p(vi，cv，)old进行衰减更新，得到节点i与社区之间更新后的交互概率

19、当节点vi与社区中的任一节点相遇时，对p(vi，cv，)old进行相遇更新，得到节点i与社区之间更新后的交互概率

20、若节点vi与社区存在频繁交互，并且社区内的节点与社区频繁交互，则对p(vi，cv，)old进行传递更新，得到节点i与社区之间更新后的交互概率

21、令表示节点i的携带者所属的社区id号，将和组成节点-社区交互概率表。

22、可选地，所述对p(vi，cv，)old进行衰减更新对应的公式为：

23、

24、其中，γ∈[0,1]是一个初始化常数，表示衰减速度；k是经过的时间单元个数。

25、可选地，所述对p(vi，cv，)old进行相遇更新对应的公式为：

26、

27、其中，pinit∈[0,1]是一个初始化常数，称为交互初始概率；当节点与社区发生首次交互时，节点与社区的交互概率值为pinit。

28、可选地，所述对p(vi，cv，)old进行传递更新对应的公式为：

29、

30、其中，β∈[0,1]是一个常数，表示传递性对交互概率的影响程度。

31、可选地，所述社区内转发策略是：如果对方节点与目的节点同属于一个社区，并且对方节点的中心度减去目标节点的中心度的差值大于中心度阀值时，则转发所述待转发信息至对方节点。

32、可选地，所述社区间转发策略是：如果对方节点与目的节点同属于一个社区，或者对方节点与目的节点社区的交互概率减去目标节点与目的节点社区的交互概率的差值大于社区交互概率阀值，则转发所述待转发信息至对方节点。

33、本发明具有如下有益效果：

34、本发明适用于由人携带的移动设备(节点)构建的dtn，能在网络资源紧张时，实现消息传输的高投递率，低网络开销和低平均跳数。ncipor基于消息摘要向量，社区属性表，以及节点-社区交互概率表及其更新机制，综合考虑节点社会属性和历史“相遇”信息，共同指导消息的“下一跳”选择。具体的，ncipor包括两种主要传输策略：一种是设计社区属性表，指导社区内的消息“下一跳”选择，从而提高消息在社区内的转发性能。另一种是设计节点-社区交互概率表及其更新机制，指导跨社区消息的“下一跳”选择，从而提高消息跨社区的转发性能。在网络资源紧张时，ncipor能实现消息传输的高投递率，低网络开销和低平均跳数，从而提高了路由性能。