专利名称：机会网络中基于社会交通中节点性质的路由选择方法
技术领域：
本发明涉及机会网络中的路由技术，尤其涉及一种基于节点性质的访问策略。
背景技术：
机会网络(Opportunistic Networks)中是近年来无线网络领域研究的热点，由于该网络的信息延迟大，链路频繁断开以及节点存储容量和能量有限等特点，因此传统的路由协议不适合该网络。由于不服从传统无线网络的端到端之间存在可靠路径这一假设，机会网络采用了完全不同于传统网络的通信模式，它是一种不需要源节点和目的节点之间存在完整路径、利用节点移动形成的通信机会逐跳传输消息，以“存储-携带-转发”的路由模式实现通信的、时延和断裂可容忍的自组织网络。目前的机会路由转发机制主要分为4类基于冗余(redundancy-based)的转发机制、基于效用(utility-based)的转发、冗余效用混合(hybrid)机制和基于主动运动(node movement)的转发机制。在基于冗余的转发机制中，通过基于复制(implication)或基于编码(coding)的方式，每个消息产生多个冗余消息在网络中扩散，通过多路径并行传输提高消息传输性能。基于效用的转发机制与传统的网络转发类似，使用单路径、单消息拷贝，它利用网络状态信息来决策下一跳节点，该机制利用一个估计函数给每个节点赋予转发效用值(utility)，该函数使用相遇预测(meeting prediction)、链路状态(link state)和上下文信息(context)等不同的参数来评估节点转发消息的有用性。当两个节点相遇时，消息从效用值低的节点转发到效用值高的节点，直到目标节点。冗余效用混合机制综合了基于冗余和基于效用的转发机制，每个消息产生多个冗余消息，每个冗余消息按照基于效用的转发策略转发到目标节点。在基于节点主动运动的转发机制中，网络中某些节点在部署区域内主动运动来为其他节点提供通信服务，与节点不存在可用的下一跳邻居节点被动等待连接机会的方式相比，提高了网络传输效率。在机会网络的路由研究中，信息摆渡MF (Message i^erry)路由机制是目前研究和应用较为广泛的一种路由技术，摆渡节点(ferry)作为中继节点在网络中来回移动，来进行在分割的网络中对不连接的节点之间数据的接收，携带与转发，为网络中的节点提供通信服务。摆渡节点路由机制已经被证明是在机会网络中能够有效的提高终端节点之间的通信能力，并且由于能够作为中继传输信息，同时降低了信息的传输时延。(参见文献Wenrui zhao and Mostafa H. Ammarj “Message Ferrying: Proactive Routing in Highly-partitioned Wireless Ad Hoc Network, ” Proceedings of the Ninth IEEE Workshop on Future Trends in Distributed Computing System, Puerto Rico, May 2003) :MF路由方式主要是为了在机会网络中提供一种非随机移动的节点，通过利用这种非随机移动的性质来帮助传输消息。在网络中，摆渡节点沿着已知的路由路径在网络中移动，摆渡节点的移动路径是固定的，不存在随机性，该路径称为路由路径，并且假设网络中的其他正常节点只产生数据，并不参与消息的携带与转发过程。信息摆渡路由的基本方式是整个网络的消息携带与转发由固定移动的摆渡节点完成当经过普通节点时，摆渡节点从普通节点上获取要传输的数据；当遇到目的节点时，把数据转发给目的节点。(参见文献:ff. zhao, Μ. Ammar and Ε. Zegura, "A Message Ferrying Approach for Data Delivery in Sparse Mobile Ad Hoc Networks, " ACM MobiHoc, 2004, pp.187 - 198) 在一个MF路由的网络中，依据节点在通信中的分工，网络中的设备被分成两类摆渡节点和普通节点。摆渡节点是负责携带消息并转发消息(carry and forward)的设备；普通节点并不处理消息的携带和转发。(参见文献W. zhao, Μ. Ammar and Ε. Zegura, "A Message Ferrying Approach for Data Delivery in Sparse Mobile Ad Hoc Networks,，， ACM MobiHoc, 2004, pp. 187 - 198) :MF在网络中规律移动来负责实现普通无线节点间的数据传输。根据MF与普通无线节点间的关系不同，信息摆渡协议的实现方式可以分为两种NIMF (Node-Initiated MF 节点主导的信息摆渡)与 FIMF (Ferry-Initiated MF 摆渡主导的信息摆渡)。对于节点主导的信息摆渡，摆渡节点在网络中按固定轨迹运动，普通节点在获知摆渡节点的运动轨迹后周期性向其靠拢并进行通信；对于主导的信息摆渡，摆渡节点的运动随普通节点的通信需要而发生改变，普通节点使用长距离无线电发送服务请求信号并“召唤”摆渡节点的到来，而后使用短距离无线电与之进行数据通信。摆渡节点的引进与应用作为中继能够有效的提高终端节点之间的通信能力，同时降低了信息的传输时延，但是针对不同性质的所有节点采取同样的周期性访问方法，会带来一定的资源浪费，无所做到对不同性质的节点采取不同的访问方法。在基于城市交通运输的拓扑图中，客流量越大的地区一般距离拓扑图的中心位置越近，客流量越小的地区则分布在拓扑图中较偏远的位置；产生客流量越大的地区，接受到的客流量也越大，因此，需要用一个交通工具来对上述地区之间进行客流的运输。现有机会网络中基于交换的路由技术通过周期性访问网络中的所有节点，对于具有不同数据产生率的节点采取相同的访问方法，无法做到对于一些数据产生率较高的节点的及时访问，从而造成对于大量数据的高延时；而对于一些数据产生率较低的节点采取同等访问方法，因而带来了一些不必要的资源浪费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有机会网络中基于交换的路由技术通过周期性访问网络中的所有节点，无法做到对于一些数据产生率较高的节点的及时访问，从而造成大量数据的高延时。我们提出一种基于网络中节点信息产生率和位置，对不同节点采取不同的访问策略，能够缩短网络中所有节点总的延迟时间，避免在相同访问方法下对高数据产生率节点带来的高延时以及对低数据产生率节点带来的资源浪费，解决现有路由技术的缺陷。本发明解决上述问题的技术方案是根据网络拓扑图中节点的信息产生率对节点进行集合划分；根据每个集合中节点的坐标位置用2-D树方式划分区域，将网络拓扑中的节点划分入不同的区域及小区域；分别从区域至不同小区域依次选择节点，确定经过所选节点的最短路径；将每次选取的最短路径组合作为中继节点i^erry的最终访问路径。选取合适的节点进行路径访问，实现中继节点Ferry对不同性质的节点采取不同的访问策略。本发明“机会网络中基于社会交通中节点性质的路由选择方法”具体包括以下步骤1.节点分集根据网络拓扑图中节点的信息产生率的不同，对节点进行集合划分，使得属于同一个集合中所有节点的信息产生率属于一个范围之内，以便进一步对于不同集合中的节点采取不同的区域划分。2.区域划分处于同一集合中的节点在网络拓扑图中分布的位置会有一定的差异，根据节点所处在的集合中的坐标位置信息对网络拓扑图进行区域的划分，以便进一步对于不同集合中的节点采取不同的路由访问策略。3.路径选取对于属于不同集合中的节点再根据此节点所在的区域，确定中继节点Ferry分别对所有节点所采取的访问方法，以便达到多数据多访问从而减少总体的数据传输延迟时间。本发明中的Ferry路由访问策略通过网络拓扑图中节点的数据产生率以及节点所处拓扑图中位置来确定路径，增加了高数据产生率节点的更大的访问频率，能够减少大量数据的传输延迟时间；同时，保证低数据率节点上数据的传输并减少不必要的访问，并在路径中加入靠近路径的节点，从而节省网络资源，提高路由效率。为了防止因为对低数据率节点低频率的访问而由于长时间不访问造成的高延迟时间，本发明还通过给出节点数据总延迟积累时间，使得当低数据率节点的总延迟积累时间达到一定值时就必须使得中继节点 Ferry进行及时访问，从而避免因低频率访问而造成更大的数据延迟时间；给出判定路径之外的节点是否需要加入此次路径中，以达到更好的数据传输效果。本发明的路由访问策略增加了中继节点Ferry的自适应功能，能够使得!^erry根据不同节点的不同性质而采取不同的访问策略；从而避免通过周期性访问网络中所有节点，而造成对不同性质节点的不平衡访问所产生的资源浪费和额外数据传输延迟时间，从而可以避免低数据率节点的不必要访问，节省网络资源和数据传输延迟时间。通过结合使用上述的节点分集、区域划分、路径选取，可以使得中继节点!^erry更加迅速的访问高数据率节点，提高了数据包的接收、转发频率，网络中的数据传输时间也不低于原来的路由方法；同时又可以减少低数据率节点的不必要访问，节省网络资源和数据传输延迟时间。在不同于传统的一次性访问所有节点方式的情况下，以更加快捷的方式访问数据产生率比较高的节点，做到对数据产生率越高的节点越高频率的访问，降低整体访问对这些节点上数据的传输延迟时间；同时改进对数据产生率比较低的节点的访问策略，保证此类节点上数据的传输并减少不必要的访问，节省网络资源，提高路由效率。
图1路由算法构成示意图； 图2节点分集示意流程图； 图3区域划分流程图； 图4路径选取示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实例对本发明的实施作具体描述。如图1所示为机会网络中基于社会交通中节点性质的访问策略路由算法的流程图。包括以下3个主要步骤，节点分集；区域划分；路径选取。
如图2所示为网络中节点分集流程示意图。网络中的各个节点的位置和信息产生率可能都不相同，对于一些信息量小的节点占用更大的数据传输消耗时间，明显是降低系统的整体性能的，我们提出使得ferry针对不同性质的节点采取不同的访问策略。根据节点的数据产生率对节点进行分集，使得同一集中节点的数据产生率在同一个范围内，其具体操作步骤如下
网络中每个普通节点的有限缓存为力，节点i的缓存溢出时间为~，节点i的数据信息产生率为Ti,它们之间的关系
为
权利要求
1.机会网络中基于社会交通中节点性质的路由选择方法，其特征在于，包括步骤根据网络中各节点的信息产生率对节点进行集合划分；根据每个集合中节点的坐标位置用 2-D树方式划分区域，将网络中的节点划分入不同的上层区域及下层子区域；分别从上层区域至不同下层子区域依次选择节点，依次选择每层区域中下层子区域中不同集合中的节点，由选择的节点组成中继节点Ferry访问的最短路径，靠近此最短路径的其他节点加入此最短路径中；将每次选取的最短路径组合作为中继节点Ferry的最终访问路径。
2.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于，所述对节点进行集合划分具体为，根据节点i的数据产生率A对节点进行集合划分，数据产生率满足公式15WZ=D-1的节点划入同一集合，使得第J个集合5}中节点的数 Ir · <r <2"Jr , j=Ml. ram — ι — max'J据产生率幅度范围是集合中节点数据产生率幅度范围的2倍，其中，rmax琳rmin分别为节点中的最大与最小数据产生率，#为节点集合数。
3.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于，对节点划分不同区域及小区域具体包括根据节点的坐标位置依次对集合中节点求横坐标或纵坐标平均值，根据横坐标或纵坐标平均值作平行于y轴或χ轴的纵线或横线，将一个上层区域划分为两个下层子区域。
4.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于，加入最短路径的其他节点的确定方法为，以两相邻的节点i,j为焦点，以(1+ α %) Clij为定长画一个椭圆，位于椭圆内的节点加入到此路径中，其中，式7为两相邻节点i，J·的距离，α为根据网络中节点密度确定的参数。
5.根据权利要求1所述的路由方法，其特征在于，对于未加入路径中的节点，根据公 ‘ 1式(=[η\ -χ^τΣΓ〗Γ:计算节点i在 时刻的数据延迟时间，对节点i的方问 %Jn时间延迟< ,其中，X为时间自变量，ti为中继节点上次访问节点i的时间，t为即时时间， η为节点数，Γ为中继节点一次路径访问所有节点的周期时间。
全文摘要
机会网络中基于社会交通中节点性质的路由选择方法。针对现有机会网络路由技术通过周期性访问网络中的所有节点，本发明通过对网络中的不同数据产生率的节点进行分集；根据每个集合中节点所处于的不同位置，对拓扑图中的节点进行区域划分；再根据节点的不同数据产生率和其所处于的区域位置，来确定中继节点Ferry的路径访问策略。本发明基于网络中节点的不同性质而对不同节点采取不同的访问策略，能够缩短网络中所有节点总的延迟时间，避免在相同访问方法下对高数据产生率节点带来的高延时以及对低数据产生率节点带来的资源浪费，解决现有路由技术的上述缺陷。
文档编号H04L12/56GK102202000SQ20111015837
公开日2011年9月28日 申请日期2011年6月14日 优先权日2011年6月14日
发明者刘期烈, 庞想, 廖薪棋, 李云, 谢青, 黄翠 申请人:重庆邮电大学