容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法，該方法將節(jié)點活躍度因子加入到傳輸概率的預測之中，提出節(jié)點本身的活躍度NA的計算公式，通過權(quán)值α對NA和原始的PROPHET算法傳輸預測概率值進行加權(quán)，依據(jù)節(jié)點相遇歷史信息，以及節(jié)點在網(wǎng)絡中活躍程度，計算新的傳輸預測概率值，節(jié)點之間通過比較傳輸預測概率值的大小決定消息的轉(zhuǎn)發(fā)與否，利用生存時間TTL丟棄策略對緩存進行管理，仿真結(jié)果表明，NAPR算法的概率估計方法較PROPHET算法更為全面，產(chǎn)生的副本數(shù)較少，雖然導致消息的平均時延有所增加，但是NAPR算法降低了節(jié)點開銷率，提高了報文的遞交率。在未來工作中將進一步研究如何應對網(wǎng)絡中的擁塞問題。
【專利說明】容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種在容遲移動傳感網(wǎng)(Delay Tolerant Mobile SensorNetworks, DTMSN)中基于節(jié)點活躍度的改進型概率路由方法，屬于延遲容忍傳感器網(wǎng)絡的概率路由算法領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]DTMSN屬于延遲容忍網(wǎng)絡(Delay Tolerant Networks, DTN)的范疇，DTN用于間歇連通的網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)。DTN技術(shù)近幾年被引入無線傳感器網(wǎng)絡，并且根據(jù)節(jié)點移動性的不同，可以把延遲容忍傳感器網(wǎng)絡(Delay Tolerant Sensor Networks, DTSN)分為傳感器節(jié)點靜止的網(wǎng)絡和節(jié)點運動的傳感器網(wǎng)絡。節(jié)點運動的傳感器網(wǎng)絡即容遲移動傳感網(wǎng)絡(Delay Tolerant Mobile Sensor Networks, DTMSN)。DTMSN 具有高延遲、低數(shù)據(jù)率、無穩(wěn)定的端到端連接、節(jié)點資源有限等特點，用于廣泛的數(shù)據(jù)收集，其通常由兩種節(jié)點組成:匯聚點和便攜的移動傳感器節(jié)點。其中，傳感器節(jié)點綁定在可移動的物體(如人、動物、車輛等)上，用于收集指定的信息，并形成稀疏的間斷連通的無線網(wǎng)絡，匯聚點位置固定或可移動，用來接收傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)，并能將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到骨干網(wǎng)絡的接入點。
[0003]在DTMSN中，隨機移動模型經(jīng)常被拿來研究，主要有:隨機路點移動模型(RandomWay-Point model, RWP)和隨機方向模型(Random Direction,RD)兩種。然而，在現(xiàn)實中，很多的傳感器節(jié)點的移動模式都不是完全隨機的，而往往是基于一種重復的模式在移動，是一種可以預見的移動方式，比如當某一個節(jié)點之前經(jīng)常出現(xiàn)在某個區(qū)域內(nèi)時，那么它再次出現(xiàn)在此區(qū)域內(nèi)的概率就會很大。通過這種現(xiàn)象，就可以得到概率路由，它是一種先驗式的路由，還是一種基于節(jié)點聯(lián)系和傳遞歷史的路由:根據(jù)節(jié)點間歷史相遇信息以及傳遞記錄，來提前預測節(jié)點可能的移動方式。概率路由中，每個節(jié)點各自維護一個概率表，這個概率表顯示網(wǎng)絡中任何兩個節(jié)點相遇的概率，也就是兩個節(jié)點之間傳遞報文的概率，這個表是動態(tài)變化的，隨著時間的推移，能夠動態(tài)地顯示節(jié)點間傳遞報文概率大小的變化。
[0004]LindgrenA 等人提出的 PROPHET (Probabilistic Routing Protocol usingHistory of Encounters and Transitivity)算法是一種典型的概率路由算法。利用節(jié)點相遇或投遞轉(zhuǎn)移歷史信息，估算每個節(jié)點成功投遞數(shù)據(jù)到目的節(jié)點的概率，即傳輸預測值(到達概率Delivery Predictability,DP)。兩個節(jié)點相遇時，除了互相交換報文列表外，還會交換節(jié)點傳輸報文的到達概率表。節(jié)點之間通過比較到達概率控制消息的轉(zhuǎn)發(fā)。PROPHET算法在一定程度上限制了消息副本數(shù)量，從而得到了近似于Epidemic算法的延遲，并大幅降低了資源消耗。然而，PROPHET算法僅通過到達目的節(jié)點的傳輸概率的高低來決定報文的轉(zhuǎn)發(fā)，具有一定的盲目性，概率的估計欠缺合理性，沒有考慮各節(jié)點本身的活躍度以及轉(zhuǎn)發(fā)時機問題。關(guān)于PROPHET算法也有一些改進措施，但是這些改進算法并沒有考慮到節(jié)點本身的活躍性對于傳輸預測值的影響，得到的概率的估計值欠缺合理性。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明針對上述問題，提出在計算傳輸預測值的過程中，利用節(jié)點活躍度因子和原始傳輸概率的預測因子的加權(quán)平均值作為新的傳輸預測值?；诖?，提出了一種基于節(jié)點活躍度的改進型概率路由算法NAPR (Node Activity-based ProbabilisticRouting Algorithm),將節(jié)點活躍度因子加入到傳輸概率的預測之中。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法是，將節(jié)點活躍度因子加入到傳輸概率的預測之中，提出節(jié)點本身的活躍度NA的計算公式，通過權(quán)值α對NA和原始的PROPHET算法傳輸預測概率值進行加權(quán)，依據(jù)節(jié)點相遇歷史信息，以及節(jié)點在網(wǎng)絡中活躍程度，計算新的傳輸預測概率值，節(jié)點之間通過比較傳輸預測概率值的大小決定消息的轉(zhuǎn)發(fā)與否，利用生存時間TTL丟棄策略對緩存進行管理，其步驟如下:
[0007]I)初始化:節(jié)點初始化自己的傳輸概率信息表，將所有節(jié)點的傳輸概率初始化為初始傳輸概率常量Pinit，Pinit在[0，I]之間取值，
[0008]2)計算各節(jié)點的節(jié)點活躍度:依據(jù)節(jié)點接觸過的節(jié)點數(shù)以及和上一個節(jié)點接觸時間，計算各節(jié)點本身的活躍度，
[0009]3)結(jié)合節(jié)點活躍度和相遇記錄，更新各節(jié)點傳輸預測概率值，
[0010]4)利用生存時間TTL丟棄策略進行隊列管理，當TTL小于等于O時，將消息從隊列中丟棄；當TTL大于O時，依據(jù)傳輸概率進行消息轉(zhuǎn)發(fā)。
[0011]所述的將節(jié)點活躍度因子加入到傳輸概率的預測之中，提出節(jié)點本身的活躍度NA的計算公式，節(jié)點本身的活躍度NA的計算公式定義如下:
[0012]NAi表示節(jié)點i的活躍度,NAi的大小與該節(jié)點所接觸過的其他節(jié)點的數(shù)量成正比，而和該節(jié)點與上一個節(jié)點接觸時間的長短成反比，即:
[0013]
【權(quán)利要求】
1.一種容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法，其特征在于將節(jié)點活躍度因子加入到傳輸概率的預測之中，提出節(jié)點本身的活躍度NA的計算公式，通過權(quán)值α對NA和原始的PROPHET算法傳輸預測概率值進行加權(quán)，依據(jù)節(jié)點相遇歷史信息，以及節(jié)點在網(wǎng)絡中活躍程度，計算新的傳輸預測概率值，節(jié)點之間通過比較傳輸預測概率值的大小決定消息的轉(zhuǎn)發(fā)與否，利用生存時間TTL丟棄策略對緩存進行管理，其步驟如下: .1)初始化:節(jié)點初始化自己的傳輸概率信息表，將所有節(jié)點的傳輸概率初始化為初始傳輸概率常量Pinit，Pinit在[0，I]之間取值， . 2)計算各節(jié)點的節(jié)點活躍度:依據(jù)節(jié)點接觸過的節(jié)點數(shù)以及和上一個節(jié)點接觸時間，計算各節(jié)點本身的活躍度， . 3)結(jié)合節(jié)點活躍度和相遇記錄，更新各節(jié)點傳輸預測概率值， . 4)利用生存時間TTL丟棄策略進行隊列管理，當TTL小于等于O時，將消息從隊列中丟棄；當TTL大于O時，依據(jù)傳輸概率進行消息轉(zhuǎn)發(fā)。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法，其特征在于所述的將節(jié)點活躍度因子加入到傳輸概率的預測之中，提出節(jié)點本身的活躍度NA的計算公式，節(jié)點本身的活躍度NA的計算公式定義如下: NAi表示節(jié)點i的活躍度,NAi的大小與該節(jié)點所接觸過的其他節(jié)點的數(shù)量成正比,而和該節(jié)點與上一個節(jié)點接觸時間的長短成反比，即:
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法，其特征在于通過權(quán)值α對NA和原始的PROPHET算法傳輸預測概率值進行加權(quán)，具體描述如下: 傳輸預測概率值P (a, b):消息從節(jié)點A傳輸?shù)焦?jié)點B的傳輸概率參數(shù)，常把P (a, b)作為概率路由度量標準；節(jié)點之間的每次相遇都增加他們之間的概率值，相遇次數(shù)多的節(jié)點之間的概率值就高，這個概率值叫做傳遞概率，傳輸預測P(a，b)的取值有以下兩種情況: 情形1:當節(jié)點A和節(jié)點B相遇時:

4.依據(jù)權(quán)利要求書I所述的容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法，其特征在于利用生存時間TTL丟棄策略對緩存進行管理，具體描述如下: 基于報文的生存時間TTL丟棄策略考慮報文剩余的生存時間，每個報文在產(chǎn)生的時候，都有一個初始值的TTL，節(jié)點緩存中的報文按照其剩余生存時間排序，生存時間短的消息排在前面并得到優(yōu)先發(fā)送權(quán)，在這個報文每次被轉(zhuǎn)發(fā)時，TTL值不斷減小，直到TTL等于或小于O時，該報文會被自動丟棄，避免無限制得占用網(wǎng)絡資源。
5.依據(jù)權(quán)利要求書3所述的容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法，其特征在于節(jié)點之間的每次相遇都增加他們之間的概率值，相遇次數(shù)多的節(jié)點之間的概率值就高，也就是傳遞概率，具體描述如下: 若節(jié)點A常與節(jié)點B連接，而節(jié)點B又常與節(jié)點C連接，這就意味著可以認為節(jié)點C與節(jié)點A能夠以高成功率轉(zhuǎn)發(fā)消息，概率傳遞性可表示為:
P(a,c) = α X [P (a, c) old+(l-P (a, c) old) XP(a, b) XP(b, c) X β] + (1-α) X [ (NAb-NAa)+ (NAc-NAb)]化簡后得到:
P(a, c) = α X [P(a, c)old+(l-P(a, c)old) XP(a, b) XP(b, c) X β] + (1-α) X (NAc-NAa)(4) 其中，β e [Ο, I]為常量，是 傳遞影響因子，P(a，b)為節(jié)點A和節(jié)點B之間的傳輸預測概率值，類似地，P (b, c)為節(jié)點B和節(jié)點C之間的傳輸預測概率值，P (a, c)節(jié)點A和節(jié)點C之間的傳輸預測概率值。
【文檔編號】H04W40/02GK103561426SQ201310533854
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】王堃, 張玉華, 高會, 孫雁飛, 吳蒙, 郭篁, 陳思光 申請人:南京郵電大學