專利名稱：基于節(jié)點(diǎn)位置預(yù)測(cè)的dtn網(wǎng)絡(luò)異步路由算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種延遲容斷網(wǎng)絡(luò)(DTN)的路由算法，主要是一種基于節(jié)點(diǎn)位置預(yù)測(cè)的DTN網(wǎng)絡(luò)異步路由算法，屬于無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。
二
背景技術(shù)：
延時(shí)容斷網(wǎng)絡(luò)(Delay/DisruptionTolerant Networking,DTN)是Kevin Fall 博士于2003年在原有通信體制(TCP/IP)不能很好地發(fā)揮效能的情況下而提出的一種新思想，用于解決某些受限環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)連接問(wèn)題。在這些受限環(huán)境中，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的基本假設(shè)常常被或多或少的破環(huán)了，如陸地移動(dòng)環(huán)境中，端到端的鏈路經(jīng)常被中斷；衛(wèi)星通信/深空通信的最大往返時(shí)間可能要長(zhǎng)達(dá)幾秒鐘或幾分鐘甚至更長(zhǎng)；軍事通信會(huì)受到強(qiáng)烈的電磁干擾，使得鏈路質(zhì)量很差，系統(tǒng)丟包率要上升幾個(gè)量級(jí)；另外無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)等特殊場(chǎng)景下終端的能量、發(fā)送功率、待機(jī)時(shí)間嚴(yán)重受限。DTN網(wǎng)絡(luò)是一種通用的容忍中斷延遲的、面向消息的、基于捆綁層的覆蓋式體系結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)稱延時(shí)中斷容忍網(wǎng)絡(luò)或延時(shí)容斷網(wǎng)絡(luò)?；赥CP/IP協(xié)議的Internet網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)在互聯(lián)全球異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)上取得了巨大的成功，為一系列面向Internet網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用協(xié)議提供了廣泛的服務(wù)，包括端到端的數(shù)據(jù)交付、 可靠的雙向數(shù)據(jù)流和信息交付、基于策略的聚集路由發(fā)現(xiàn)以及數(shù)據(jù)共享。但是，這些協(xié)議的良好運(yùn)行都是基于一定的前提條件，如穩(wěn)定的端到端連接、端到端的可靠數(shù)據(jù)傳輸、較低的傳輸延遲和差錯(cuò)率。而戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)的通信環(huán)境往往是山區(qū)、戰(zhàn)場(chǎng)、城市等受限網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，經(jīng)常受到地形、天氣和電磁干擾等因素的影響。在這些環(huán)境下，通信常常因各種因素影響而產(chǎn)生中斷，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或通信斷鏈。戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)之間的通信是建立在通信終端之間始終有通信路由的基礎(chǔ)之上的，但對(duì)于受限網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，情況要艱難得多。通信終端之間的路由并不穩(wěn)定，如在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下，部隊(duì)或戰(zhàn)士通信所用的無(wú)線信號(hào)都比較靠近地面，十幾米高的小坡或建筑物就可能對(duì)通信造成影響，使通信鏈路不穩(wěn)或被迫中斷，這可能造成重要信息丟失甚至無(wú)法通信，給部隊(duì)帶來(lái)巨大的損失甚至生死的考驗(yàn)。DTN網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)特性就在于不論是否存在穩(wěn)定的端到端連接，都能可靠地收發(fā)數(shù)據(jù)。 針對(duì)戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)組網(wǎng)現(xiàn)狀，采用DTN技術(shù)，使每個(gè)通信節(jié)點(diǎn)都有存儲(chǔ)功能，并能于再次連通時(shí)把保存的信息發(fā)送出去，這種能力在戰(zhàn)斗或重大災(zāi)難中可能成為致勝的關(guān)鍵。對(duì)DTN異步路由算法技術(shù)展開(kāi)研究，在確保戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)原有通信效能的同時(shí)，提高電臺(tái)的連通能力和通信可靠性，增強(qiáng)戰(zhàn)術(shù)電臺(tái)在受限網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的通信能力。
三

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于節(jié)點(diǎn)位置預(yù)測(cè)的DTN網(wǎng)絡(luò)異步路由算法，使得 DTN網(wǎng)絡(luò)能夠應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的通信環(huán)境，增強(qiáng)路由選擇的可靠性和有效性，提高整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的通信性能。一種基于節(jié)點(diǎn)位置預(yù)測(cè)的DTN網(wǎng)絡(luò)異步路由算法，具體步驟包括
a)源節(jié)點(diǎn)S向目的節(jié)點(diǎn)D發(fā)送報(bào)文，報(bào)文中標(biāo)明了目的節(jié)點(diǎn)名稱、源節(jié)點(diǎn)名稱、發(fā)送序號(hào)、發(fā)送時(shí)間以及地理位置；b)如果源節(jié)點(diǎn)S的輻射范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)收到信息，則首先驗(yàn)證該節(jié)點(diǎn)是否是目的節(jié)點(diǎn)，如果是，就轉(zhuǎn)到步驟e)；c)如果該節(jié)點(diǎn)不是目的節(jié)點(diǎn)，則判斷目的節(jié)點(diǎn)是否處于該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)范圍，如果目的節(jié)點(diǎn)處于該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)范圍內(nèi)，則向目的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)到步驟e);如果目的節(jié)點(diǎn)不處于該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)范圍內(nèi)，則進(jìn)一步判斷轉(zhuǎn)發(fā)路徑上有中間節(jié)點(diǎn)，如果沒(méi)有中間節(jié)點(diǎn)，則接收此報(bào)文并進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)；d)如果目的節(jié)點(diǎn)不在轉(zhuǎn)發(fā)范圍內(nèi)，或轉(zhuǎn)發(fā)路徑上沒(méi)有中間節(jié)點(diǎn)，則以預(yù)定概率 P (O < P < I)接收存儲(chǔ)報(bào)文，返回步驟b)；e)如果目的節(jié)點(diǎn)接收?qǐng)?bào)文，則返回確認(rèn)信息，數(shù)據(jù)傳輸成功；如果目的節(jié)點(diǎn)不接收?qǐng)?bào)文，則直接丟棄報(bào)文。所述步驟c)中，轉(zhuǎn)發(fā)路徑的判斷是以轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的地理位置為準(zhǔn)， 在本節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的方向上下俯仰a (OS α <45° )角范圍之內(nèi)有中間節(jié)點(diǎn)時(shí)，認(rèn)定轉(zhuǎn)發(fā)路徑上有節(jié)點(diǎn)，若沒(méi)有或超出這個(gè)范圍，則認(rèn)為轉(zhuǎn)發(fā)路徑上沒(méi)有節(jié)點(diǎn)。所述步驟d)中，節(jié)點(diǎn)在接收存儲(chǔ)報(bào)文后，進(jìn)行隨機(jī)移動(dòng)，然后執(zhí)行“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”的路由方式向其它節(jié)點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)。本方法的理論依據(jù)說(shuō)明如下異步路由算法路由算法(Routing Algorithm) 一直是網(wǎng)絡(luò)通信的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),它負(fù)責(zé)確定一個(gè)進(jìn)來(lái)的分組應(yīng)該被傳送到哪一條輸出線路上，以實(shí)現(xiàn)將分組從信源經(jīng)選定的路由發(fā)送到信宿節(jié)點(diǎn)。DTN網(wǎng)絡(luò)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比又具有特有的屬性和要求，具體對(duì)比如圖I、圖2所示。相對(duì)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路由方式，DTN網(wǎng)絡(luò)路由方式的主要特點(diǎn)在于a)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是基于端到端的方式進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)的，在鏈路創(chuàng)建的一段時(shí)間內(nèi)，整條鏈路認(rèn)為是保持靜態(tài)不變的，而DTN網(wǎng)絡(luò)的路由轉(zhuǎn)發(fā)是基于逐跳的方式，即在收發(fā)過(guò)程中不能保證整條鏈路的持久可靠。b)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)信息的路由轉(zhuǎn)發(fā)基本上是在同步或準(zhǔn)同步的情況下進(jìn)行的，而DTN網(wǎng)絡(luò)的顯著特點(diǎn)就是允許在異步條件下進(jìn)行信息的路由轉(zhuǎn)發(fā)。c)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)路由信息的獲得僅僅是基于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，不考慮網(wǎng)絡(luò)的歷史狀態(tài)和未來(lái)狀態(tài)，而DTN網(wǎng)絡(luò)由于不能保證實(shí)時(shí)同步，路由信息的獲得就不僅要依據(jù)當(dāng)前狀態(tài)，還要依據(jù)歷史信息和當(dāng)前信息預(yù)測(cè)出將來(lái)可能出現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，選擇可靠性高的路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。d)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路由可以抽象為一張靜止同步圖，而DTN網(wǎng)絡(luò)由于要考慮網(wǎng)絡(luò)的歷史狀態(tài)和未來(lái)狀態(tài)，可以看作是一張時(shí)變動(dòng)態(tài)圖。e)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的路由算法在分析運(yùn)算查找之后，一般只是給出特定原則下的一條最優(yōu)路徑，然后將數(shù)據(jù)依此轉(zhuǎn)發(fā)，而DTN網(wǎng)絡(luò)則要考慮網(wǎng)絡(luò)的隨機(jī)中斷和可變延時(shí)特性，結(jié)合保管傳輸和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)等機(jī)制，綜合分析各條鏈路的可靠性和穩(wěn)定性，給出一組可選路由，進(jìn)行可靠轉(zhuǎn)發(fā)。DTN網(wǎng)絡(luò)模型
如何從理論上對(duì)DTN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行描述和刻畫(huà)，一直是DTN網(wǎng)絡(luò)研究的關(guān)鍵問(wèn)題。國(guó)際上一些學(xué)者進(jìn)行了有益的嘗試和驗(yàn)證，提出了基于高維歐式空間的移動(dòng)模型和基于概率空間的數(shù)學(xué)模型。對(duì)DTN網(wǎng)絡(luò)的抽象模擬，最大的問(wèn)題是鏈路狀態(tài)以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)都會(huì)隨時(shí)間不斷變化，這使得傳統(tǒng)的圖論難以進(jìn)行準(zhǔn)確描述，需額外增加時(shí)間參數(shù)進(jìn)行描述。把整個(gè) DTN網(wǎng)絡(luò)抽象為一張隨時(shí)間不斷演進(jìn)的時(shí)空?qǐng)D，如圖3所示，在傳統(tǒng)的圖論分析中加入一個(gè)時(shí)間參量，建立數(shù)學(xué)模型，然后進(jìn)行研究分析驗(yàn)證。a)時(shí)變網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)在傳統(tǒng)圖論中加入時(shí)間參量，來(lái)表征DTN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆S時(shí)間變化的特性，其拓?fù)潢P(guān)系可以表示為G(t) = (V(t),E(t))(I)其中V——網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；E—節(jié)點(diǎn)聯(lián)系；t-時(shí)間參量。如果對(duì)于外4 ,都有GU1) = G (t2)，則此網(wǎng)絡(luò)稱為靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)；如果對(duì)于外A ,都有GU1)幸G (t2)，則此網(wǎng)絡(luò)是完全動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)；如果3 Γ使得GU1) =G(t2)，其中T= [t1; t2]，則G(t)為時(shí)變網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，在一段時(shí)間內(nèi)某些節(jié)點(diǎn)之間關(guān)系相對(duì)穩(wěn)定，可以建立起一條端到端的路徑。b)動(dòng)態(tài)演進(jìn)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于給定的時(shí)變網(wǎng)絡(luò)G(t)以及時(shí)間序列T = t0, t1；…tk，其中ti=[t' pt"」表示離散化的時(shí)間段。隨著時(shí)間的推進(jìn)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)會(huì)不斷發(fā)生演化， 節(jié)點(diǎn)之間的聯(lián)系也會(huì)發(fā)生變化，此時(shí)節(jié)點(diǎn)之間聯(lián)系E也將是關(guān)于時(shí)間t的函數(shù)，并且產(chǎn)生一系列動(dòng)態(tài)子圖Gsub = G1, G2, -,Gk(2)如果這些動(dòng)態(tài)子圖滿足
權(quán)利要求
1.一種基于節(jié)點(diǎn)位置預(yù)測(cè)的DTN網(wǎng)絡(luò)異步路由算法，其特征是步驟包括a)源節(jié)點(diǎn)S向目的節(jié)點(diǎn)D發(fā)送報(bào)文，報(bào)文中標(biāo)明了目的節(jié)點(diǎn)名稱、源節(jié)點(diǎn)名稱、發(fā)送序號(hào)、發(fā)送時(shí)間以及地理位置；b)如果源節(jié)點(diǎn)S的輻射范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)收到信息，則首先驗(yàn)證該節(jié)點(diǎn)是否是目的節(jié)點(diǎn)， 如果是，就轉(zhuǎn)到步驟e)；c)如果該節(jié)點(diǎn)不是目的節(jié)點(diǎn)，則判斷目的節(jié)點(diǎn)是否處于該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)范圍，如果目的節(jié)點(diǎn)處于該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)范圍內(nèi)，則向目的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)到步驟e);如果目的節(jié)點(diǎn)不處于該節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)范圍內(nèi)，則進(jìn)一步判斷轉(zhuǎn)發(fā)路徑上有中間節(jié)點(diǎn)，如果沒(méi)有中間節(jié)點(diǎn)，則接收此報(bào)文并進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)；d)如果目的節(jié)點(diǎn)不在轉(zhuǎn)發(fā)范圍內(nèi)，或轉(zhuǎn)發(fā)路徑上沒(méi)有中間節(jié)點(diǎn)，則以預(yù)定概率P(O < P < D接收存儲(chǔ)報(bào)文，返回步驟b)；e)如果目的節(jié)點(diǎn)接收?qǐng)?bào)文，則返回確認(rèn)信息，數(shù)據(jù)傳輸成功；如果目的節(jié)點(diǎn)不接收?qǐng)?bào)文，則直接丟棄報(bào)文。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述步驟c)中，轉(zhuǎn)發(fā)路徑的判斷是以轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間的地理位置為準(zhǔn)，在本節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的方向上下俯仰 a (OS α <45° )角范圍之內(nèi)有中間節(jié)點(diǎn)時(shí)，認(rèn)定轉(zhuǎn)發(fā)路徑上有節(jié)點(diǎn)，若沒(méi)有或超出這個(gè)范圍，則認(rèn)為轉(zhuǎn)發(fā)路徑上沒(méi)有節(jié)點(diǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征是所述步驟d)中，節(jié)點(diǎn)在接收存儲(chǔ)報(bào)文后，進(jìn)行隨機(jī)移動(dòng)，然后執(zhí)行“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”的路由方式向其它節(jié)點(diǎn)方向運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種DTN網(wǎng)絡(luò)路由方法。DTN(Delay/Disruption Tolerant Networking)網(wǎng)絡(luò)是從星際網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)和傳感器網(wǎng)絡(luò)等受限網(wǎng)絡(luò)中抽象出來(lái)的一種特殊的網(wǎng)絡(luò)模型，其典型特征是節(jié)點(diǎn)之間的鏈路延時(shí)很長(zhǎng)或存在間歇性中斷。由于DTN網(wǎng)絡(luò)在受限網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，目前已成為戰(zhàn)場(chǎng)通信、深空通信和應(yīng)急通信等領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其研究成果已經(jīng)在一些領(lǐng)域得到了實(shí)際應(yīng)用。研究了DTN網(wǎng)絡(luò)異步路由算法，對(duì)幾種典型算法進(jìn)行了分析對(duì)比，指出了存在的主要問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上建立了DTN時(shí)變網(wǎng)絡(luò)模型和節(jié)點(diǎn)位置預(yù)測(cè)模型，提出了基于節(jié)點(diǎn)位置預(yù)測(cè)的路由算法，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了該算法的合理性和有效性。
文檔編號(hào)H04L12/56GK102594698SQ20121006314
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月12日
發(fā)明者盧紫毅, 吳強(qiáng), 張建照, 張金棟, 成潔, 范建華, 闞保強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總參謀部第六十三研究所