專利名稱：用于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由的區(qū)分化概率轉(zhuǎn)發(fā)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由的區(qū)分化概率轉(zhuǎn)發(fā)方法，屬于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)或延遲容忍網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)(opportunistic network)或延遲容忍網(wǎng)絡(luò) DTN(Delay/Disruption Tolerated Network)中，由于受限于部署范圍、無(wú)線通信技術(shù)和節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)移動(dòng)等多種因素的影響，網(wǎng)絡(luò)連接會(huì)發(fā)生頻繁的中斷，使得源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間可能自始至終都沒有同時(shí)存在過(guò)端到端的路徑。這種網(wǎng)絡(luò)是采用邊路由、邊傳輸?shù)姆绞酵瓿赏ㄐ诺?，即?jié)點(diǎn)間基于接觸進(jìn)行通信，報(bào)文以存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)的方式進(jìn)行洪泛傳播。最早提出適用于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由的傳染算法，就是任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相遇時(shí)，交換對(duì)方緩存隊(duì)列中的相異報(bào)文。盡管傳染算法有著較高的報(bào)文投遞率和較低的投遞延遲，但是，其缺陷是此時(shí)的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重。采用概率轉(zhuǎn)發(fā)方法就能保證在設(shè)定的報(bào)文投遞延遲時(shí)間的限制內(nèi)，減少傳染算法的網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。其基本思想是當(dāng)任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相遇時(shí)，不一定必須交換對(duì)方緩存隊(duì)列中的相異報(bào)文，而是以某個(gè)設(shè)定概率P (0 < P < 1)進(jìn)行報(bào)文交換；即每次選擇一個(gè)大于0且小于 ι的隨機(jī)數(shù)，如果該隨機(jī)數(shù)大于P，則交換報(bào)文；否則不交換。利用概率轉(zhuǎn)發(fā)方法的關(guān)鍵是如何確定概率ρ的取值?，F(xiàn)有方法是通過(guò)求解一個(gè)優(yōu)化問(wèn)題確定概率ρ的取值，該優(yōu)化問(wèn)題的優(yōu)化目標(biāo)是
在網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載小于給定閾值的條件下，使得報(bào)文發(fā)送成功率達(dá)到最大化，其數(shù)學(xué)表述式 Maximize F(T)
為+‘‘；其中，式中，變量τ為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間，F(xiàn)⑴為報(bào)文在T時(shí)間內(nèi)被目
si.I(T) < ψ
的節(jié)點(diǎn)成功接收的概率，Maximize f(x)表示f(x)的最大值；I (T)表示在T時(shí)間內(nèi)受到影響的節(jié)點(diǎn)、也就是彼此相遇并互換對(duì)方緩存隊(duì)列中相異報(bào)文的節(jié)點(diǎn)數(shù)，用于表示網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)載或網(wǎng)絡(luò)消耗的能量值，s. t. f(x)表示f (χ)的限制條件；Ψ是設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載的
閾值。利用傳染病模型可以推導(dǎo)出F(T)和I(T)的下述數(shù)學(xué)解析式=溝
和/7(7^ = 1_/〔/(咖;其中，N為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)，β為節(jié)點(diǎn)間的接觸頻率，s為積分變量。
因而可以確定概率P的取值為4 = ^rln但是，這種概率轉(zhuǎn)發(fā)方法是網(wǎng)絡(luò)中所
β NT N-ψ
有節(jié)點(diǎn)都以相同的概率P轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，沒有考慮網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的異構(gòu)性。事實(shí)上，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)通常是能量異構(gòu)的，有的節(jié)點(diǎn)能量大，有的節(jié)點(diǎn)能量小。如果不對(duì)這些節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)分對(duì)待，讓所有節(jié)點(diǎn)具有相同的轉(zhuǎn)發(fā)概率，意味著它們承擔(dān)的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)基本相同，消耗的能量也基本相同。這樣，隨著網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行，那些能量小的節(jié)點(diǎn)必然要比能量大的節(jié)點(diǎn)先行死掉，使得網(wǎng)絡(luò)中存活的節(jié)點(diǎn)數(shù)量很快變少，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲變大，相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)壽命變短。
因此，在機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由中，采用普通的概率轉(zhuǎn)發(fā)方法不對(duì)網(wǎng)絡(luò)中不同能量的異構(gòu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)別對(duì)待，而是讓其具有相同的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)概率，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中節(jié)點(diǎn)能量不平衡問(wèn)題逐漸擴(kuò)大，最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲變大，網(wǎng)絡(luò)生命期變短。如何對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)， 就成為業(yè)內(nèi)科技人員關(guān)注的焦點(diǎn)課題。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種用于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由的區(qū)分化概率轉(zhuǎn)發(fā)方法， 該方法基于網(wǎng)絡(luò)中異構(gòu)節(jié)點(diǎn)的各自能量值，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分別配置一個(gè)不同于其他節(jié)點(diǎn)的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)概率，以便在滿足網(wǎng)絡(luò)總能量消耗的限制條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)文傳輸延遲的最小化， 并使得網(wǎng)絡(luò)壽命最大化。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種用于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由的區(qū)分化概率轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)節(jié)點(diǎn)U= {Ul，u2，-Ui,…％}的各自初始能量值Ie1, e2, -e,,…^}，分別為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)互不相同的轉(zhuǎn)發(fā)概率值，式中，自然數(shù)i是節(jié)點(diǎn)序號(hào)，其最大值是N ；則每個(gè)節(jié)點(diǎn)Ui的轉(zhuǎn)發(fā)概率為Pi，且0 < Pi彡1 ；當(dāng)該節(jié)點(diǎn)Ui遇到其他節(jié)點(diǎn)時(shí)，都以其轉(zhuǎn)發(fā)概率Pi向其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文；該方法包括下列兩個(gè)操作步驟(1)求解確定所有節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)概率的期望值；(2)分別確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)概率?，F(xiàn)有技術(shù)的概率轉(zhuǎn)發(fā)方法是所有節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)概率都相同。雖然該方法能在達(dá)到較高報(bào)文投遞率的同時(shí)，減少傳染算法所造成的巨大網(wǎng)絡(luò)負(fù)載；但是，該方法沒有對(duì)網(wǎng)絡(luò)中不同能量的異構(gòu)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行區(qū)別對(duì)待，造成網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中節(jié)點(diǎn)能量不平衡的問(wèn)題逐漸擴(kuò)大， 最終導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲加大，網(wǎng)絡(luò)生命期變短。本發(fā)明用于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由的區(qū)分化概率轉(zhuǎn)發(fā)方法是一種首創(chuàng)的、基于各個(gè)節(jié)點(diǎn)能量異構(gòu)的情況，再根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能量值為其設(shè)置一個(gè)不同于其他節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)概率值的轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文方法。這種區(qū)分化不同概率機(jī)型轉(zhuǎn)發(fā)的方法既能夠在滿足網(wǎng)絡(luò)總能量消耗的限制條件下，達(dá)到現(xiàn)有方法所達(dá)到的報(bào)文投遞率；并且，還能避免網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)能量不平衡問(wèn)題逐漸擴(kuò)大的缺陷，從而使得網(wǎng)絡(luò)壽命最大化。


圖1是本發(fā)明用于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由的區(qū)分化概率轉(zhuǎn)發(fā)方法操作流程框圖。圖2是本發(fā)明方法實(shí)施例中的節(jié)點(diǎn)剩余能量方差的比較圖。圖3是本發(fā)明方法實(shí)施例中的剩余的節(jié)點(diǎn)比例比較圖。圖4是本發(fā)明方法實(shí)施例中的報(bào)文投遞率的比較圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。區(qū)分化概率轉(zhuǎn)發(fā)算法是為網(wǎng)絡(luò)中的N個(gè)節(jié)點(diǎn)U= {Ul，U2,…％}分別分配一個(gè)不同于其他節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)概率值，即節(jié)點(diǎn)Ui的轉(zhuǎn)發(fā)概率為Pi，0 < Pi < 1。當(dāng)節(jié)點(diǎn)Ui遇到其他節(jié)點(diǎn)時(shí)，以概率Pi向其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。
本發(fā)明用于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由的區(qū)分化概率轉(zhuǎn)發(fā)方法是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)節(jié)點(diǎn)U = K, u2, -Ui,…％}的各自初始能量值Ie1, e2，-e,,…，分別為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)互不相同的轉(zhuǎn)發(fā)概率值，式中，自然數(shù)i是節(jié)點(diǎn)序號(hào)，其最大值是N;則每個(gè)節(jié)點(diǎn)Ui的轉(zhuǎn)發(fā)概率為Pi,且0<Pi< 1 ；當(dāng)該節(jié)點(diǎn)Ui遇到其他節(jié)點(diǎn)時(shí)，都以其轉(zhuǎn)發(fā)概率Pi向其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。參見圖1，詳細(xì)介紹本發(fā)明方法的下述兩個(gè)操作步驟步驟1，求解確定所有節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)概率的期望值。該步驟包括下列操作內(nèi)容(11)先確定優(yōu)化目標(biāo)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載小于設(shè)定閾值時(shí)，應(yīng)使報(bào)文發(fā)送成功率達(dá)
Maximize F(T)
到最大化，其數(shù)學(xué)表述式為+‘‘；式中，T為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間，F(xiàn)(T)為報(bào)文在T
st.I(T) < ψ
時(shí)間內(nèi)被目的節(jié)點(diǎn)成功接收的概率，Maximize f(x)表示f(x)的最大值；I(T)為在T時(shí)間內(nèi)彼此相遇并互換對(duì)方緩存隊(duì)列中相異報(bào)文的節(jié)點(diǎn)數(shù)，即每個(gè)報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中的拷貝次數(shù)、 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)載或網(wǎng)絡(luò)消耗的能量值，s. t. f(x)表示f (χ)的限制條件；Ψ是設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載的閾值。(12)根據(jù)傳染病模型，推導(dǎo)得出上述數(shù)學(xué)表達(dá)式I (T)和F(T)的計(jì)算公式分別為
= \ + {N-\)e-E(p)PNTmF(T) = I-/'0mdS .式中，N為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)，E(P)為
所有節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)概率{Pl，P2，-Pi,…Pn}的期望值，β為節(jié)點(diǎn)間的接觸頻率，s為積分變量。(13)因F(T)具有單調(diào)性，上述步驟(11)中的數(shù)學(xué)表述式還能轉(zhuǎn)換為下述優(yōu)化
問(wèn)題MaXimiZe Io "；進(jìn)而求得所有節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)概率的期望值E(e)的計(jì)算公式為 s.t.I(T) < ψ
徹)=丄 ln^^。
βΝΤ Ν-ψ步驟2，分別確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)概率。該步驟包括下列操作內(nèi)容(21)確定第二個(gè)優(yōu)化目標(biāo)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生命周期中，要求所有節(jié)點(diǎn)在其消耗的能量不大于其初始能量值的基礎(chǔ)上，使其網(wǎng)絡(luò)生命周期達(dá)到最大化；其數(shù)學(xué)表述式為 Maximize Z
[L(T)Z <er ；式中，ζ為在網(wǎng)絡(luò)生命周期中成功傳遞的報(bào)文數(shù)，e,為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)Ui
的初始能量值，該節(jié)點(diǎn)Ui的限制條件Ii(T)為
權(quán)利要求
1.一種用于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由的區(qū)分化概率轉(zhuǎn)發(fā)方法，其特征在于根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)節(jié)點(diǎn) U = K,u2, -Ui,…％}的各自初始能量值Ie1, e2，…力，···％}，分別為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)互不相同的轉(zhuǎn)發(fā)概率值，式中，自然數(shù)i是節(jié)點(diǎn)序號(hào)，其最大值是N;則每個(gè)節(jié)點(diǎn)Ui的轉(zhuǎn)發(fā)概率為Pi，且0 < Pi彡1 ；當(dāng)該節(jié)點(diǎn)Ui遇到其他節(jié)點(diǎn)時(shí)，都以其轉(zhuǎn)發(fā)概率Pi向其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文；該方法包括下列兩個(gè)操作步驟(1)求解確定所有節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)概率的期望值；(2)分別確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)概率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(1)包括下列操作內(nèi)容(11)確定優(yōu)化目標(biāo)當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載小于設(shè)定閾值時(shí)，應(yīng)使報(bào)文發(fā)送成功率達(dá)到最大 Maximize F(T)化，其數(shù)學(xué)表述式為+‘‘；式中，T為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行時(shí)間，F(xiàn)(T)為報(bào)文在T時(shí)間si.I(T) < ψ內(nèi)被目的節(jié)點(diǎn)成功接收的概率，Maximize f(x)表示f(x)的最大值；I(T)為在T時(shí)間內(nèi)彼此相遇并互換對(duì)方緩存隊(duì)列中相異報(bào)文的節(jié)點(diǎn)數(shù)，即每個(gè)報(bào)文在網(wǎng)絡(luò)中的拷貝次數(shù)、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)載或網(wǎng)絡(luò)消耗的能量值，s. t. f(x)表示f (χ)的限制條件；Ψ是設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載的閾值；(12)根據(jù)傳染病模型，推導(dǎo)得出上述數(shù)學(xué)表達(dá)式I(T)和F(T)的計(jì)算公式分別為NrT1^T) = l + (N_l)e-EiP^NTmF(T} = 1_/ ο7^ .式中，N為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)，E (P)為所有節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)概率{Pl，P2，-Pi, "·ρΝ}的期望值，β為節(jié)點(diǎn)間的接觸頻率，S為積分變量；(13)因F(T)具有單調(diào)性，上述步驟(11)中的數(shù)學(xué)表述式能夠轉(zhuǎn)換為下述優(yōu)化問(wèn)題廣ΓMaximize I(s)ds 、,ο w ；進(jìn)而求得所有節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)概率的期望值為= Iin^zU。s.t. I(T) < ψβΝΤ Ν-ψ
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟(2)包括下列操作內(nèi)容(21)確定第二個(gè)優(yōu)化目標(biāo)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)生命周期中，要求所有節(jié)點(diǎn)在其消耗的能量不大于其初始能量值的基礎(chǔ)上，使其網(wǎng)絡(luò)生命周期達(dá)到最大化；其數(shù)學(xué)表述式為 Maximize Zst L(T)Z <e,；式中，Z為在網(wǎng)絡(luò)生命周期中成功傳遞的報(bào)文數(shù)，e,為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)UiS' .[θ< pr < 1的初始能量值，該節(jié)點(diǎn)Ui的限制條件Ii(T)為JO = "71)^^，該式表示在T時(shí)間內(nèi)該節(jié)點(diǎn)Ui將其報(bào)文傳遞給其他節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)數(shù)，即節(jié)點(diǎn)Ui拷貝其報(bào)文的次數(shù)、節(jié)點(diǎn)Ui的網(wǎng)絡(luò)傳輸負(fù)載或網(wǎng)絡(luò)消耗的能量值；(22)因?yàn)楦鶕?jù)步驟(12)得到..llO== ψ^^ ,脅通的每個(gè)節(jié)點(diǎn) Maximize ZUi的優(yōu)化目標(biāo)被描述為獲得每個(gè)節(jié)點(diǎn)Ui的轉(zhuǎn)發(fā)概率Pi2ψ-FT^fz-61 ；只要對(duì)該優(yōu)化目標(biāo)的數(shù)學(xué)式求解，就 E(P)NO < ρ, <\
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述步驟02)包括下列求解操作內(nèi)容 (22A)若^Je(P)U，則設(shè)置每個(gè)節(jié)點(diǎn)Ui的轉(zhuǎn)發(fā)概率為:pi = ^f、p、，從而獲得Z的
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由的區(qū)分化概率轉(zhuǎn)發(fā)方法，該方法是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)節(jié)點(diǎn)U＝{u1，u2，…ui，…uN}的各自初始能量值{e1，e2，…ei，…eN}，分別為每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配一個(gè)互不相同的轉(zhuǎn)發(fā)概率值，式中，自然數(shù)i是節(jié)點(diǎn)序號(hào)，其最大值是N；則每個(gè)節(jié)點(diǎn)ui的轉(zhuǎn)發(fā)概率為pi，且0＜pi≤1；當(dāng)該節(jié)點(diǎn)ui遇到其他節(jié)點(diǎn)時(shí)，都以其轉(zhuǎn)發(fā)概率pi向其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文；該方法包括下列兩個(gè)操作步驟(1)求解確定所有節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)概率的期望值；(2)分別確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)概率。本發(fā)明能夠在滿足網(wǎng)絡(luò)總能量消耗的限制條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)報(bào)文傳輸延遲的最小化，并使得網(wǎng)絡(luò)壽命最大化。
文檔編號(hào)H04L12/56GK102497317SQ20111041115
公開日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者段鵬瑞, 趙東, 馬華東 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)