本發(fā)明涉及深空延遲容忍網(wǎng)絡技術領域，特別是指一種基于深空延遲容忍網(wǎng)絡的改進概率路由方法。

背景技術：

延遲容忍網(wǎng)絡(delaytolerantnetwork，簡稱dtn)是一種端到端之間缺乏持續(xù)可靠連接的網(wǎng)路。dtn往往具有高延遲，低傳輸率，間歇型連接、節(jié)點頻繁移動，延遲容忍、錯誤容忍、有限的存儲及通信環(huán)境惡劣等特點，使得傳統(tǒng)的基于tcp/ip的端到端通信的互聯(lián)網(wǎng)技術無法很好地為其提供服務。鑒于dtn的獨特性。dtn路由作為延遲容忍網(wǎng)絡中的重中之中，成為廣大研究人員的首要研究對象。根據(jù)路由策略的不同，現(xiàn)有dtn路由策略主要可分為消息復制/洪泛策略、轉發(fā)策略、歷史/預測策略、概率策略和編碼策略等。消息復制/洪泛策略路由為增加消息傳輸成功概率，由中繼節(jié)點將消息進行復制，并以泛洪機制轉發(fā)到下一跳節(jié)點，直至目的節(jié)點為止；轉發(fā)策略路由根據(jù)網(wǎng)絡拓撲信息選擇最佳路徑，消息由此路徑以逐跳方式轉發(fā)至目的節(jié)點；歷史/預測策略路由采用估計的方式，將歷史消息傳輸?shù)侥康墓?jié)點的情況作為先驗知識，中繼節(jié)點通過決策，決定消息的轉發(fā)；概率策略路由根據(jù)節(jié)點移動類型或網(wǎng)絡拓撲信息的某種概率分布來進行消息轉發(fā)；編碼策略路由轉變了傳統(tǒng)路由策略的思路，將網(wǎng)絡編碼或糾刪碼引入消息轉發(fā)中，解決消息傳輸過程中面臨的丟棄問題，提高網(wǎng)絡吞吐量，均衡網(wǎng)絡負載。

基于概率策略的路由算法是prophet路由協(xié)議中的一種方法，該路由協(xié)議是一種典型的概率路由協(xié)議，利用相遇概率來描述某一節(jié)點與其他節(jié)點接觸的可能性大小。每個節(jié)點都保存著其到達其他節(jié)點的概率信息，當兩節(jié)點接觸時，先更新各自維護的相遇概率表，然后通過比較節(jié)點與消息目的節(jié)點的相遇概率的大小來決定是否轉發(fā)該消息。

電子科技大學的楊炎在其學位論文的研究中提出一種基于歷史相遇和傳輸信息的概率路由算法的改進方案，路由算法設計時將路由中繼節(jié)點的選擇轉化為考慮節(jié)點運動活躍性、節(jié)點剩余能量等多個路由影響因子的多目標優(yōu)化問題。使用線性優(yōu)化的方式計算節(jié)點的效用值，并根據(jù)該效用值大小按比例地轉發(fā)消息副本，以實現(xiàn)最優(yōu)的路由決策，但該方法并沒有考慮到網(wǎng)絡開銷變大，易造成網(wǎng)絡擁塞的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于深空延遲容忍網(wǎng)絡的改進概率路由方法，以解決現(xiàn)有技術所存在的網(wǎng)絡開銷大，易造成網(wǎng)絡擁塞的問題。

為解決上述技術問題，本發(fā)明實施例提供一種基于深空延遲容忍網(wǎng)絡的改進概率路由方法，包括：

當兩節(jié)點接觸時，根據(jù)節(jié)點相遇概率、節(jié)點連接時間比率及節(jié)點消息投遞率所占的比重，計算當前節(jié)點所接觸的節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率和當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率；

判斷當前節(jié)點所接觸的節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率是否大于等于當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率；

若大于等于當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率，則判斷當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的剩余緩存空間是否能容納新到達的消息副本；

若不能容納新到達的消息副本，則利用當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的報文生存時間丟棄策略對緩存進行管理。

進一步地，所述方法還包括：

根據(jù)公式：f(a,b)＝argmax[α*p(a,b)+β*r(a,b)+γ*i(a,b)]計算節(jié)點可行性概率；

其中，f(a,b)表示節(jié)點可行性概率，p(a,b)、r(a,b)、i(a,b)分別表示節(jié)點相遇概率、節(jié)點連接時間比率、節(jié)點消息投遞率，α、β、γ分別表示節(jié)點相遇概率、節(jié)點連接時間比率、節(jié)點消息投遞率的權重。

進一步地，所述方法還包括：

在一次傳輸過程中，若節(jié)點a和節(jié)點b不會相遇，則根據(jù)公式：

p(a,b)＝p(a,b)old×σ^k

對節(jié)點相遇概率進行概率衰減；

其中，節(jié)點a為儲存消息的當前節(jié)點，節(jié)點b為與節(jié)點a相遇過但本次不相遇的節(jié)點，p(a,b)表示節(jié)點a和節(jié)點b的相遇概率，σ為衰減因子，p(a,b)old表示節(jié)點a和節(jié)點b上一次相遇時的相遇概率，k表示節(jié)點a和節(jié)點b從上次相遇到現(xiàn)在為止所經(jīng)過的時間間隔。

進一步地，所述方法還包括：

在一次傳輸過程中，若節(jié)點a和節(jié)點b相遇并建立連接，則根據(jù)公式：

p(a,b)＝p(a,b)old+(1-p(a,b)old)×pinit

更新節(jié)點相遇概率；

其中，節(jié)點a為儲存消息的當前節(jié)點，節(jié)點b為與節(jié)點a相遇的節(jié)點，p(a,b)表示節(jié)點a和節(jié)點b的相遇概率，p(a,b)old表示節(jié)點a和節(jié)點b上一次相遇時的相遇概率，pinit表示最初節(jié)點a和節(jié)點b的相遇概率。

進一步地，所述方法還包括：

若節(jié)點a和節(jié)點c接觸，且節(jié)點c和節(jié)點b接觸，則將節(jié)點a的消息傳遞給節(jié)點b時，根據(jù)公式：

p(a,b)＝p(a,b)old+(1-p(a,b)old)×p(a,c)×p(c,b)×δ

更新節(jié)點相遇概率；

其中，節(jié)點a為儲存消息的當前節(jié)點，p(a,b)表示節(jié)點a和節(jié)點b的相遇概率，δ表示傳遞影響因子,p(a,b)old表示節(jié)點a和節(jié)點b上一次相遇時的相遇概率，p(a,c)表示節(jié)點a和節(jié)點c的相遇概率，p(c,b)表示節(jié)點c和節(jié)點b的相遇概率。

進一步地，所述若不能容納新到達的消息副本，則利用當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的報文生存時間丟棄策略對緩存進行管理包括：

判斷當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的報文生存時間是否小于等于零；

若當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的報文生存時間等于或者小于零，則當前節(jié)點所接觸的節(jié)點自動丟棄報文。

進一步地，所述方法還包括：

若當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的報文生存時間大于零且出現(xiàn)網(wǎng)絡擁塞，則將報文按轉發(fā)次數(shù)由大到小進行排序，并按照排序順序丟棄報文直至當前節(jié)點所接觸的節(jié)點能容納新到達的消息副本。

進一步地，所述將報文按轉發(fā)次數(shù)由大到小進行排序，并按照排序順序丟棄報文直至當前節(jié)點所接觸的節(jié)點能容納新到達的消息副本包括：

將報文按轉發(fā)次數(shù)由大到小進行排序，將轉發(fā)次數(shù)較多的報文放在隊尾，轉發(fā)次數(shù)較少的報文放在隊頭；

按照優(yōu)先丟棄隊尾的順序開始丟棄報文直至當前節(jié)點所接觸的節(jié)點能容納新到達的消息副本。

進一步地，所述方法還包括：

若當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的剩余緩存空間能容納新到達的消息副本，則當前節(jié)點向其接觸的節(jié)點傳遞消息。

進一步地，所述方法還包括：

若當前節(jié)點所接觸的節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率小于當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率，則當前節(jié)點不向其接觸的節(jié)點傳遞消息。

本發(fā)明的上述技術方案的有益效果如下：

上述方案中，當兩節(jié)點接觸時，根據(jù)節(jié)點相遇概率、節(jié)點連接時間比率及節(jié)點消息投遞率所占的比重，計算當前節(jié)點所接觸的節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率和當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率；判斷當前節(jié)點所接觸的節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率是否大于等于當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率；若大于等于當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率，則判斷當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的剩余緩存空間是否能容納新到達的消息副本；若不能容納新到達的消息副本，則利用當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的報文生存時間丟棄策略對緩存進行管理，從而解決網(wǎng)絡開銷大，易造成網(wǎng)絡擁塞的問題，且能夠節(jié)省網(wǎng)絡資源、減小了延時、提高消息傳輸?shù)男省?/p>

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的基于深空延遲容忍網(wǎng)絡的改進概率路由方法的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的節(jié)點路由信息表示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的基于深空延遲容忍網(wǎng)絡的改進概率路由方法的詳細流程示意圖

圖4為本發(fā)明實施例提供的節(jié)點消息隊列示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明要解決的技術問題、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例進行詳細描述。

本發(fā)明針對現(xiàn)有的網(wǎng)絡開銷大，易造成網(wǎng)絡擁塞的問題，提供一種基于深空延遲容忍網(wǎng)絡的改進概率路由方法。

參看圖1所示，本發(fā)明實施例提供的基于深空延遲容忍網(wǎng)絡的改進概率路由方法，包括：

s101，當兩節(jié)點接觸時，根據(jù)節(jié)點相遇概率、節(jié)點連接時間比率及節(jié)點消息投遞率所占的比重，計算當前節(jié)點所接觸的節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率和當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率；

s102，判斷當前節(jié)點所接觸的節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率是否大于等于當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率；

s103，若大于等于當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率，則判斷當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的剩余緩存空間是否能容納新到達的消息副本；

s104，若不能容納新到達的消息副本，則利用當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的報文生存時間丟棄策略對緩存進行管理。

本發(fā)明實施例所述的基于深空延遲容忍網(wǎng)絡的改進概率路由方法，當兩節(jié)點接觸時，根據(jù)節(jié)點相遇概率、節(jié)點連接時間比率及節(jié)點消息投遞率所占的比重，計算當前節(jié)點所接觸的節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率和當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率；判斷當前節(jié)點所接觸的節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率是否大于等于當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率；若大于等于當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率，則判斷當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的剩余緩存空間是否能容納新到達的消息副本；若不能容納新到達的消息副本，則利用當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的報文生存時間丟棄策略對緩存進行管理，從而解決網(wǎng)絡開銷大，易造成網(wǎng)絡擁塞的問題，且能夠節(jié)省網(wǎng)絡資源、減小了延時、提高消息傳輸?shù)男省?/p>

本實施例中，針對延遲容忍網(wǎng)絡中存在的節(jié)點移動和鏈路頻繁變化等特點，在原有的prophet路由算法的基礎上，引入新的度量標準：節(jié)點可行性概率，所述節(jié)點可行性概率綜合考慮了節(jié)點相遇概率、節(jié)點連接時間比率及節(jié)點消息投遞率等因素。

本實施例中，基于新引入的度量標準：節(jié)點可行性概率，提出了一種改進概率路由的方法，當兩節(jié)點接觸(也可以稱為：相遇)后交換路由信息，通過節(jié)點相遇概率、節(jié)點連接時間比率及節(jié)點消息投遞率所占的比重計算出節(jié)點可行性概率并更新節(jié)點可行性概率，能夠減小延時，提高消息傳輸?shù)男?，并給出了網(wǎng)絡擁塞的處理方法，節(jié)省了網(wǎng)絡資源。

本實施例所述的基于深空延遲容忍網(wǎng)絡的改進概率路由方法的具體步驟可以包括：

建立新的節(jié)點路由信息表，如圖2所示，所述節(jié)點路由信息表包括：當前節(jié)點，下一節(jié)點，(節(jié)點)相遇概率，(節(jié)點)相遇時間，(節(jié)點)斷開時間，(節(jié)點)相遇次數(shù)，(節(jié)點相遇)周期以及(節(jié)點)消息投遞率。建立的節(jié)點路由信息表用于在一段周期內，記錄當前節(jié)點與下一跳節(jié)點相遇概率等參數(shù)；節(jié)點路由信息表在兩個節(jié)點相遇后會更新如圖2所示，在一個周期內節(jié)點a和節(jié)點b相遇兩次，那么節(jié)點連接時間為：

h(a,b)＝(te1-ts1)+(te2-ts2)

其中，h(a,b)表示節(jié)點連接時間，h(a,b)表示節(jié)點a和節(jié)點b從這次連接開始到結束的這段時間間隔，te1、te2表示節(jié)點a和節(jié)點b兩次斷開的時間，

ts1、ts2表示節(jié)點a和節(jié)點b兩次相遇的時間。

本實施例中，節(jié)點相遇概率用p(a,b)表示，p(a,b)表示節(jié)點a和節(jié)點b的相遇概率；節(jié)點相遇周期用t(a,b)表示，t(a,b)表示節(jié)點a和節(jié)點b從這次相遇連接開始到下一次相遇的這段時間間隔；用r(a,b)＝h(a,b)÷t(a,b)表示節(jié)點連接時間比率；并用i(a,b)表示節(jié)點消息投遞率。

本實施例中，進一步地，根據(jù)公式：

f(a,b)＝argmax[α*p(a,b)+β*r(a,b)+γ*i(a,b)]

計算節(jié)點可行性概率；

其中，f(a,b)表示節(jié)點可行性概率，p(a,b)、r(a,b)、i(a,b)分別表示節(jié)點相遇概率、節(jié)點連接時間比率、節(jié)點消息投遞率，α、β、γ分別表示節(jié)點相遇概率、節(jié)點連接時間比率、節(jié)點消息投遞率的權重，α、β、γ∈[0,1]，且α+β+γ＝1，α、β、γ的值是設定的。

如圖3所示為本實施例提供的基于深空延遲容忍網(wǎng)絡的改進概率路由方法的具體流程圖，在一次傳輸過程中，若節(jié)點a和節(jié)點b不會相遇，則根據(jù)公式：

p(a,b)＝p(a,b)old×σ^k

對節(jié)點相遇概率進行概率衰減；

其中，節(jié)點a為儲存消息的當前節(jié)點，節(jié)點b為與節(jié)點a相遇過但本次不相遇的節(jié)點，p(a,b)表示節(jié)點a和節(jié)點b的相遇概率，σ為衰減因子，σ∈[0,1]，此時的σ可以取0.6，p(a,b)old表示節(jié)點a和節(jié)點b上一次相遇時的相遇概率，k表示節(jié)點a和節(jié)點b從上次相遇到現(xiàn)在為止所經(jīng)過的時間間隔，可以從節(jié)點路由信息表中讀取結果。

在一次傳輸過程中，若節(jié)點a和節(jié)點b相遇并建立連接，則根據(jù)公式：

p(a,b)＝p(a,b)old+(1-p(a,b)old)×pinit

更新節(jié)點相遇概率；

其中，節(jié)點a為儲存消息的當前節(jié)點，節(jié)點b為與節(jié)點a相遇的節(jié)點，p(a,b)表示節(jié)點a和節(jié)點b的相遇概率，p(a,b)old表示節(jié)點a和節(jié)點b上一次相遇時的相遇概率，pinit表示最初節(jié)點a和節(jié)點b的相遇概率/節(jié)點路由信息表中存儲的原始相遇概率，pinit∈[0,1]，可以令pinit取0.8。

若節(jié)點a和節(jié)點c接觸，且節(jié)點c和節(jié)點b接觸，那么節(jié)點c作為中繼節(jié)點，則將節(jié)點a的消息傳遞給節(jié)點b時，根據(jù)公式：

p(a,b)＝p(a,b)old+(1-p(a,b)old)×p(a,c)×p(c,b)×δ

更新節(jié)點相遇概率；

其中，節(jié)點a為儲存消息的當前節(jié)點，p(a,b)表示節(jié)點a和節(jié)點b的相遇概率，δ表示傳遞影響因子,可令δ＝0.8,p(a,b)old表示節(jié)點a和節(jié)點b上一次相遇時的相遇概率，p(a,c)表示節(jié)點a和節(jié)點c的相遇概率，p(c,b)表示節(jié)點c和節(jié)點b的相遇概率,由此公式可以看出節(jié)點相遇概率具有傳遞性，可以通過傳遞性計算出任一節(jié)點到目的節(jié)點的相遇概率，再由相遇概率計算出可行性概率。

本實施例中，根據(jù)公式:f(a,b)＝argmax[α*p(a,b)+β*r(a,b)+γ*i(a,b)]將節(jié)點相遇概率，節(jié)點連接時間比率，節(jié)點消息投遞率整合計算出當前節(jié)點所接觸的節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率、當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率，并判斷當前節(jié)點所接觸的節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率是否大于當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率，如果當前節(jié)點所接觸的節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率小于當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率，則當前節(jié)點不向其接觸的節(jié)點傳遞消息，直接結束；

如果當前節(jié)點所接觸的節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率是大于等于當前節(jié)點到目的節(jié)點的可行性概率，再判斷當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的剩余緩存空間是否能容納新到達的消息副本，若當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的剩余緩存空間能容納新到達的消息副本，則當前節(jié)點向其接觸的節(jié)點傳遞消息；

若當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的剩余緩存空間不能容納新到達的消息副本，則利用當前節(jié)點所接觸的節(jié)點的報文生存時間丟棄策略對緩存進行管理，具體方法為：每個報文在生產(chǎn)的時候都有一個初始生存時間(timetolive，ttl)值，但隨著轉發(fā)次數(shù)的增加，ttl值會依次減小，當當前節(jié)點緩存的報文ttl值等于或者小于零時，則當前節(jié)點所接觸的節(jié)點自動丟棄報文，避免占用節(jié)點緩存網(wǎng)絡資源、增加網(wǎng)絡開銷；

若當前節(jié)點緩存的報文ttl值均大于零時，但又出現(xiàn)網(wǎng)絡擁塞的問題時，將報文按轉發(fā)次數(shù)由大到小進行排序，如圖4所示，節(jié)點消息隊列中按照報文被轉發(fā)的次數(shù)排序，即轉發(fā)次數(shù)較多的報文放在隊尾，轉發(fā)次數(shù)較少的報文放在隊頭，并按照優(yōu)先丟棄隊尾的順序開始丟棄報文直至當前節(jié)點所接觸的節(jié)點能容納新到達的消息副本，通過此方法可以緩解網(wǎng)絡擁塞的問題；圖4中，messagen表示報文，下標n來區(qū)分不同的報文，qn表示對應的報文轉發(fā)的次數(shù)。

以上所述是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明所述原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。