一種基于模糊推理的容忍延遲網(wǎng)絡(luò)路由方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于模糊推理的容忍延遲網(wǎng)絡(luò)路由方法，其具體操作過程如下：每個(gè)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)維護(hù)著一張鄰居節(jié)點(diǎn)表NNT，存放著當(dāng)前在節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)，并按照啟發(fā)式信息值的大小對(duì)其進(jìn)行排序，每當(dāng)有節(jié)點(diǎn)進(jìn)入或者離開自己的通信范圍，該表都會(huì)自動(dòng)按照模糊推理系統(tǒng)的規(guī)則更新；網(wǎng)絡(luò)中每產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)包，源節(jié)點(diǎn)便擁有該數(shù)據(jù)包的個(gè)備份，此后每當(dāng)有接觸發(fā)生時(shí)，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)選擇其NNT中的前個(gè)節(jié)點(diǎn)作為接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)。該一種基于模糊推理的容忍延遲網(wǎng)絡(luò)路由方法和現(xiàn)有技術(shù)相比，適用于新動(dòng)態(tài)環(huán)境的通信協(xié)議，來屏蔽底層的網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)，為上層的協(xié)同應(yīng)用程序提供統(tǒng)一的接口，以便于節(jié)點(diǎn)更好地進(jìn)行信息方面的交互，實(shí)用性強(qiáng)。
【專利說明】一種基于模糊推理的容忍延遲網(wǎng)絡(luò)路由方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)通信【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是一種在傳輸成功率和平均延遲方面取得好效果、基于模糊推理的容忍延遲網(wǎng)絡(luò)路由方法。
【背景技術(shù)】
[0002]路由算法是影響整個(gè)通信系統(tǒng)有效通信的首要前提。傳統(tǒng)的路由算法假設(shè)在數(shù)據(jù)包傳遞前，源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)間已存在了一條端到端的路徑，而這樣的路徑并不一定總是可用的。本研究中，節(jié)點(diǎn)在三維空間飛行時(shí)通常有著較快的速度和較大的慣性，加之可能部署在敵對(duì)環(huán)境中，不可預(yù)測(cè)的外部條件和故意的人為干擾都可能使得剛剛穩(wěn)定的連接變得不可靠和難以信賴。在分布式的任務(wù)執(zhí)行過程中，節(jié)點(diǎn)個(gè)體也很容易與節(jié)點(diǎn)群脫離開來。因此，可用通信鏈路的產(chǎn)生總是不確定的，需要一種自適應(yīng)的動(dòng)態(tài)路由算法來維持正常的網(wǎng)絡(luò)通信。
[0003]圖1表示的是一次簡(jiǎn)單的部署過程示意圖。8個(gè)空中節(jié)點(diǎn)分為兩組懸停在不同的高度，如圖1 (a)。每個(gè)球的球心表示了懸浮的節(jié)點(diǎn)個(gè)體。球半徑表示個(gè)體通信距離的一半。當(dāng)兩個(gè)球相交時(shí)，表示個(gè)體之間距離滿足通信條件，從而產(chǎn)生了一條可用的鏈路連接。該立方體結(jié)構(gòu)收到來自基站的“環(huán)狀感知”命令后，將會(huì)執(zhí)行一個(gè)自我規(guī)劃部署的過程，如圖1 (b)_圖1 (f)。盡管是一個(gè)簡(jiǎn)單的部署命令，可以看到空中載體比起地面的移動(dòng)單元，更加容易形成不穩(wěn)定的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。除了空中不可控的高速度帶來的慣性等內(nèi)部原因外，GPS設(shè)備的誤差偏移以及突然的空氣擾動(dòng)環(huán)境都有可能對(duì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。
[0004]容遲容斷網(wǎng)絡(luò)(D elay/Disruption Tolerant Network, DTN)的提出就是為了解決此類問題:(I)在數(shù)據(jù)源和目的地之間并不總是存在可用的端到端路徑；(2)節(jié)點(diǎn)對(duì)之間的最大往返時(shí)間有時(shí)候太長(zhǎng)；(3)端到端的分組丟失率較大。Kenvin Fall在SIGC0MM’ 03提出了該種面向受限網(wǎng)絡(luò)的“容忍延遲的面向消息的覆蓋層體系結(jié)構(gòu)”，簡(jiǎn)稱容遲網(wǎng)絡(luò)。DTN網(wǎng)絡(luò)適用于那些由于節(jié)點(diǎn)分布稀疏，或者快速移動(dòng)造成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化劇烈，端到端路徑不穩(wěn)定的情景。
[0005]DTN是基于消息(Message)交換的。它的體系結(jié)構(gòu)不同于傳統(tǒng)的Internet體系結(jié)構(gòu)，引入了一個(gè)所謂的“捆綁層”，以此來解決容遲網(wǎng)絡(luò)中的問題。DTN是面向異步消息傳輸?shù)母采w網(wǎng)，捆綁層操作在不同網(wǎng)絡(luò)的傳輸層上，提供和Internet網(wǎng)關(guān)相似的功能，但有很大區(qū)別，因?yàn)樗奂谔撓⑥D(zhuǎn)發(fā)而不是分組交換。
[0006]由于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議都基于端到端的通信機(jī)制，也就是說兩個(gè)節(jié)點(diǎn)在開始通信之前已經(jīng)搭建起了一條完整的通信鏈路，同時(shí)這些協(xié)議都假定數(shù)據(jù)幀在節(jié)點(diǎn)間的往返時(shí)間不能太長(zhǎng)以及數(shù)據(jù)包或分組的丟失率較小。但是在新型的容忍延遲網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點(diǎn)不斷快速移動(dòng)，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，節(jié)點(diǎn)通信時(shí)很難搭建起完整的通信鏈路。因此數(shù)據(jù)的傳輸只能采用“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”(Store-Carry-and-Forward)的模式進(jìn)行,類似于容遲容斷網(wǎng)絡(luò)(Delay/Disruption Tolerant Network)。
[0007]容遲網(wǎng)絡(luò)將鏈路的斷開和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的分割看成是一種協(xié)議前提和規(guī)則，而不是一種偶然異常?？罩幸苿?dòng)的傳感器節(jié)點(diǎn)需要在鏈路不穩(wěn)定的惡劣環(huán)境下通信。移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)入對(duì)方的射頻范圍內(nèi)，便有了交換數(shù)據(jù)包的機(jī)會(huì)。路由模塊檢測(cè)節(jié)點(diǎn)本身是否已經(jīng)收到該數(shù)據(jù)包或者本身就是數(shù)據(jù)包的目的地。若是，則選擇丟棄或接收；否則，根據(jù)路由策略進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。本發(fā)明提出的模糊路由算法(Fuzzy Routing Algorithm, FRA)也是基于容遲網(wǎng)絡(luò)的背景，提出了新的路由策略。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的技術(shù)任務(wù)是解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種降低企業(yè)運(yùn)營成本、節(jié)約存儲(chǔ)空間的基于模糊推理的容忍延遲網(wǎng)絡(luò)路由方法。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是按以下方式實(shí)現(xiàn)的，該一種基于模糊推理的容忍延遲網(wǎng)絡(luò)路由方法，其實(shí)現(xiàn)過程為:
一、每個(gè)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)維護(hù)著一張鄰居節(jié)點(diǎn)表NNT，存放著當(dāng)前在節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)，并按照啟發(fā)式信息值的大小對(duì)其進(jìn)行排序，每當(dāng)有節(jié)點(diǎn)進(jìn)入或者離開自己的通信范圍，該表都會(huì)自動(dòng)按照模糊推理系統(tǒng)的規(guī)則更新；
二、網(wǎng)絡(luò)中每產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)包，源節(jié)點(diǎn)便擁有該數(shù)據(jù)包的i個(gè)備份，此后每當(dāng)有接觸發(fā)生時(shí)，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)選擇其NNT中的前AT個(gè)節(jié)點(diǎn)作為接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)；若表中節(jié)點(diǎn)總數(shù)1*<#,則所有 個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)都將得到轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)會(huì)，整個(gè)過程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞
【權(quán)利要求】
1.一種基于模糊推理的容忍延遲網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于其實(shí)現(xiàn)過程為: 一、每個(gè)節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)維護(hù)著一張鄰居節(jié)點(diǎn)表NNT，存放著當(dāng)前在節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點(diǎn)，并按照啟發(fā)式信息值的大小對(duì)其進(jìn)行排序，每當(dāng)有節(jié)點(diǎn)進(jìn)入或者離開自己的通信范圍，該表都會(huì)自動(dòng)按照模糊推理系統(tǒng)的規(guī)則更新； 二、網(wǎng)絡(luò)中每產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)包，源節(jié)點(diǎn)便擁有該數(shù)據(jù)包的￡個(gè)備份，此后每當(dāng)有接觸發(fā)生時(shí)，當(dāng)前節(jié)點(diǎn)選擇其NNT中的前#個(gè)節(jié)點(diǎn)作為接收節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)；若表中節(jié)點(diǎn)總數(shù)則所有個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)都將得到轉(zhuǎn)發(fā)的機(jī)會(huì)，整個(gè)過程中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳遞
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模糊推理的容忍延遲網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于:所述步驟二的傳遞過程中，若有新的鄰居節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到自身的通信范圍內(nèi)，且它能排入NNT的前N位，則NNT動(dòng)態(tài)更新，節(jié)點(diǎn)停止對(duì)第#位鄰居，即處于轉(zhuǎn)發(fā)過程中的啟發(fā)式信息值最小的節(jié)點(diǎn)的傳遞，并轉(zhuǎn)發(fā)給新節(jié)點(diǎn)；如果正在接受數(shù)據(jù)包的鄰居節(jié)點(diǎn)由于拓?fù)渥兓脑蛑兄沽水?dāng)前正在進(jìn)行的傳遞，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)更新NNT，原來處于第ΛΤ+1位的節(jié)點(diǎn)前移至第#位并獲得轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)會(huì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于模糊推理的容忍延遲網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于:所述步驟一中模糊推理系統(tǒng)的規(guī)則建立包括以下步驟: 1)輸入輸出變量模糊化: 選取兩個(gè)易獲取的參數(shù)做為局部網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的度量值，然后根據(jù)似然推理求出局部啟發(fā)式息，并做為路由決策的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)； 將啟發(fā)式信息HI作為模糊推理系統(tǒng)的輸出，該啟發(fā)式信息從高到低，依次分為5級(jí):非常聞、聞、中、低、非常低; 2)建立模糊控制規(guī)則:該規(guī)則使用Mamdani模型，每一條控制規(guī)則都是一條模糊條件語句； 3)模糊輸出清晰化:選取中位數(shù)法來獲得啟發(fā)式信息的精確值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于模糊推理的容忍延遲網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于:所述步驟I)中易獲取的參數(shù)是指聚集度CD和相對(duì)速度RVD，其中聚集度CD表示了以候選節(jié)點(diǎn)為中心的局部密度，該聚集度CD的取值為該節(jié)點(diǎn)的鄰居節(jié)點(diǎn)總數(shù)，該聚集度的選取過程為:首先確定CD的論域；然后采用梯形隸屬函數(shù)，將CD分級(jí)，并確定每級(jí)對(duì)應(yīng)該論域上的模糊集，即低、中、高；相對(duì)速度表示節(jié)點(diǎn)之間速度的空間夾角，其中發(fā)送節(jié)點(diǎn)和候選節(jié)點(diǎn)的速度夾角越小，RVD值越小，當(dāng)方向完全相反，成180度時(shí)，RVD值達(dá)到最大值，該相對(duì)速度的選取過程為:將節(jié)點(diǎn)對(duì)速度方向平移到同一平面內(nèi)計(jì)算它們的夾角，便可得到RVD值，該RVD值采用三角形隸屬函數(shù)，將RVD分為5級(jí)，每級(jí)對(duì)應(yīng)論域上的模糊集，即非常低、低、中、高、非常高。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于模糊推理的容忍延遲網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于:所述步驟2)中模糊條件語句是指: 若CD是低，且RVD是非常低，則HI是非常低； 若CD是低，且RVD是低，則HI是非常低； 若CD是低，且RVD是中，則HI是低； 若CD是低，且 RVD是高，則HI是中； 若CD是低，且RVD是非常高，則HI是高； 若CD是中，且RVD是非常低，則HI是非常低； 若CD是中，且RVD是低，則HI是低； 若CD是中，且RVD是中，則HI是中； 若CD是中，且RVD是高，則HI是高； 若CD是中，且RVD是非常高，則HI是非常高； 若CD是高，且RVD是非常低，則HI是低； 若CD是高，且RVD是低，則HI是中； 若CD是高，且RVD是中，則HI是高； 若CD是高，且RVD是高，則HI是非常高； 若CD是高，且RVD是非常高，則HI是非常高。
【文檔編號(hào)】H04W40/24GK103974372SQ201410199857
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月13日
【發(fā)明者】叢戎, 何志平, 劉璧怡 申請(qǐng)人:浪潮電子信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司