一種dtn環(huán)境下基于位置和方向的優(yōu)先級路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種DTN環(huán)境下的路由方法。
【背景技術(shù)】
[0002] DTNs即容遲網(wǎng)絡(luò)，是新興的一類需要臨時建立連接的網(wǎng)絡(luò)，該類型網(wǎng)絡(luò)只有適用 于以下兩種情況：一、應(yīng)用于陸地移動網(wǎng)絡(luò)：這種網(wǎng)絡(luò)會因為節(jié)點的移動發(fā)生不可預(yù)期的 中斷，還可能周期性地、可預(yù)期地發(fā)生中斷；二、應(yīng)用于戰(zhàn)爭、疾病領(lǐng)域的移動自組網(wǎng)：這種 網(wǎng)絡(luò)將會在由于節(jié)點移動或人為干擾造成中斷的不利環(huán)境下工作。DTNs會出現(xiàn)頻繁、長期 的中斷以及長時間的延遲。由于DTNs中沒有保障端到端連接的機(jī)制，在固定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的網(wǎng) 絡(luò)中表現(xiàn)良好的路由協(xié)議并不適合DTNs。此外，在移動自組網(wǎng)中表現(xiàn)良好的傳統(tǒng)路由協(xié)議， 如DSDV、DSR和A0DV等，也不能很好地適用于容遲網(wǎng)絡(luò)。
[0003] 現(xiàn)今已有的容遲網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議主要可以根據(jù)尋找目標(biāo)節(jié)點所用的特性分為兩類： 洪泛類和轉(zhuǎn)發(fā)類。為了找到目標(biāo)節(jié)點，人們利用了響應(yīng)（replication)和感知（knowledge) 兩種方法。響應(yīng)被運(yùn)用于洪泛類中，它利用不同算法來創(chuàng)造多個消息復(fù)本并管理這些復(fù)本。 而感知則被運(yùn)用于轉(zhuǎn)發(fā)類中，它使用不同的途徑獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息并利用這些信息來進(jìn)行 路由決策。最早針對容遲網(wǎng)絡(luò)提出的解決方案是Epidemicrouting(EPI)。EPI中所有節(jié)點 均被視為攜帶者，以確保高概率的消息投遞。自此，大量改進(jìn)的EPI協(xié)議被提出，包括針對 機(jī)會網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的Prioritizedepidemicrouting(PREP)和針對間歇性連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的概 率路由（probabilisticrouting)。PREP的核心思想是在束（bundle)消息上強(qiáng)加一個偏 序關(guān)系。概率路由則是在消息到達(dá)無法與其它節(jié)點建立連接的節(jié)點時，存儲該消息直到節(jié) 點與外界得到聯(lián)絡(luò)。各節(jié)點需要設(shè)定概率閥值。當(dāng)其投遞概率超過閥值，僅證明此節(jié)點能 夠接收該消息。此外，還有學(xué)者研究了利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來判斷傳輸路徑，提高路由效能， 例如源路由（sourcerouting)、單跳路由（per-hoprouting)、單接觸路由（per-contact routing)和DTNhierarchicalrouting(DHR)。這些路由中，在通過網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)找到最 佳路徑后，消息會沿著該路徑傳輸。在上述方法中節(jié)點通常通過最佳路徑發(fā)送信號消息，所 以并不使用響應(yīng)。在Du和Wang等人提出的協(xié)議中，設(shè)計了兩層節(jié)點運(yùn)動模型，將DTN分成 移動節(jié)點層和骨干節(jié)點層，結(jié)合移動節(jié)點的移動方向和相對位置提高算法的轉(zhuǎn)發(fā)率和成功 率，但并沒有考慮緩沖區(qū)的影響，協(xié)議通過設(shè)計的消息丟棄策略優(yōu)化了緩沖區(qū)管理，但并沒 有對延遲等問題進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化。
[0004] 很顯然，在容遲網(wǎng)絡(luò)中，延遲是不可避免的。但如何盡可能縮短延遲，同時保證高 效的路由選擇性能和較小的緩沖區(qū)需求，并在此基礎(chǔ)上保證協(xié)議的有效性、可靠性以及各 種需要的特性，還要盡可能地降低協(xié)議運(yùn)行的計算開銷和通信開銷，成為一個亟待解決的 問題?？紤]單方面問題已經(jīng)沒有辦法滿足消息傳輸對容遲網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議的要求，需要多方 面綜合考慮使各個因素相互配合、相互制約，以達(dá)到最優(yōu)的效果。近年來如何優(yōu)化容遲網(wǎng)絡(luò) 路由協(xié)議備受關(guān)注，已經(jīng)成為研究網(wǎng)絡(luò)通信的一大熱門方向，但是，已有的容遲網(wǎng)絡(luò)路由協(xié) 議在各個方面的性能任然不能滿足使用的要求，其較高的緩存需求和較大的計算和通信開 銷成為阻礙其實際應(yīng)用的重大屏障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種DTN環(huán)境下基于位置和方向的優(yōu)先級路由方 法（LocationandDirectionAwarePriorityRouting，簡稱為LDPR)，將全球定位系統(tǒng) (GPS)定位技術(shù)和接收信號強(qiáng)度指示（RSSI)技術(shù)應(yīng)用于路由方法當(dāng)中，通過在特定區(qū)域設(shè) 置有錨節(jié)點使用RSSI以幫助確定節(jié)點位置和移動方向的信息，并利用節(jié)點的位置和方向 信息使協(xié)議擁有高效的路由選擇性能和高效的目標(biāo)節(jié)點位置判別能力，通過消息優(yōu)先級的 設(shè)計來減少協(xié)議對緩沖區(qū)大小的要求。
[0006] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種DTN環(huán)境下基于位置和方向的優(yōu)先級路由方法，基于DTN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行節(jié)點之間 的信息傳輸，所述DTN網(wǎng)絡(luò)包括錨節(jié)點和普通節(jié)點，所述錨節(jié)點之間能夠直接通信，錨節(jié)點 中存儲有所有能與該錨節(jié)點直接通信的普通節(jié)點的位置信息，其中節(jié)點之間的信息傳輸包 括如下步驟：
[0008] 步驟1.獲取目標(biāo)節(jié)點的位置：源節(jié)點通過錨節(jié)點尋找目標(biāo)節(jié)點，錨節(jié)點查詢自身 存儲節(jié)點的列表或廣播給其他錨節(jié)點從而獲得目標(biāo)節(jié)點的信息，錨節(jié)點將目標(biāo)節(jié)點位置信 息傳輸至源節(jié)點S;
[0009] 步驟2?選定消息的下一跳節(jié)點：
[0010] 步驟2. 1.當(dāng)目標(biāo)節(jié)點在源節(jié)點的傳輸范圍內(nèi)時，源節(jié)點選定目標(biāo)節(jié)點作為下一 跳節(jié)點；
[0011] 步驟2. 2.當(dāng)目標(biāo)節(jié)點不在源節(jié)點的傳輸范圍內(nèi)時，源節(jié)點尋找移動方向與消息 傳輸方向一致的節(jié)點作為跳轉(zhuǎn)節(jié)點；
[0012] 步驟3.向下一跳節(jié)點傳輸數(shù)據(jù)：
[0013] 步驟3. 1.當(dāng)接收消息節(jié)點的緩沖區(qū)不滿時接收數(shù)據(jù)；
[0014] 步驟3. 2.當(dāng)接收消息節(jié)點的緩沖區(qū)已滿且緩沖區(qū)中不存在優(yōu)先級低于或等于需 要傳輸消息優(yōu)先級的數(shù)據(jù)時，節(jié)點拒收消息；
[0015] 步驟3. 3.當(dāng)接收消息節(jié)點的緩沖區(qū)已滿且緩沖區(qū)中存在優(yōu)先級低于或等于需要 傳輸消息優(yōu)先級的數(shù)據(jù)時，節(jié)點將最低優(yōu)先級數(shù)據(jù)分配給傳輸范圍內(nèi)的其他節(jié)點或?qū)⑵鋭h 除丟棄；
[0016] 步驟4.以接收到消息的跳轉(zhuǎn)節(jié)點為源節(jié)點，重復(fù)上述步驟1-3直至將消息最終傳 輸至目標(biāo)節(jié)點。
[0017] 進(jìn)一步的，當(dāng)步驟3. 3中接收消息的節(jié)點傳輸范圍內(nèi)不存在緩存區(qū)空閑的節(jié)點 時，則接收消息的節(jié)點將優(yōu)先級最低的消息刪除丟棄；當(dāng)步驟3. 3中接收消息的節(jié)點傳輸 范圍內(nèi)存在緩存區(qū)空閑的節(jié)點時，則將優(yōu)先級最低的消息分配至緩存區(qū)空閑的節(jié)點中存 儲。
[0018] 進(jìn)一步的，當(dāng)存在多個緩存區(qū)空閑的節(jié)點時，選擇移動方向與接收消息的節(jié)點移 動方向一致的節(jié)點作為分配節(jié)點。
[0019] 進(jìn)一步的，所述緩存區(qū)空閑的節(jié)點為可用空間超過存儲空間1/2的節(jié)點。
[0020] 進(jìn)一步的，當(dāng)步驟2. 2中存在多個移動方向與消息傳輸方向一致的節(jié)點時，選擇 最優(yōu)的節(jié)點作為跳轉(zhuǎn)節(jié)點。
[0021] 進(jìn)一步的，當(dāng)步驟1中源節(jié)點的傳輸范圍內(nèi)沒有錨節(jié)點時，源節(jié)點將等待直到有 錨節(jié)點進(jìn)入其傳輸范圍內(nèi)。
[0022] 有益效果：
[0023] 本發(fā)明具備高效的路由選擇性能，能夠使消息準(zhǔn)確地、安全地送達(dá)目標(biāo)結(jié)點，提高 分組投遞率的同時降低了歸一化路由開銷和平均端到端延遲；此外，通過對消息的優(yōu)先級 預(yù)判，保證在緩沖區(qū)不充足的情況下合理傳輸和丟棄消息，從而具有較小的緩沖區(qū)需求；同 時，在保證協(xié)議的有效性、可靠性的前提下盡可能地降低了協(xié)議運(yùn)行的計算開銷和通信開 銷。本發(fā)明方法可以廣泛地應(yīng)用于各類容遲網(wǎng)絡(luò)，例如星際網(wǎng)絡(luò)、鄉(xiāng)村網(wǎng)絡(luò)、戰(zhàn)爭網(wǎng)絡(luò)、野生 動物監(jiān)控與追蹤網(wǎng)絡(luò)、移動Ad-hoc網(wǎng)絡(luò)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)等。
【附圖說明】
[0024] 圖1為DTN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點位置分布示意圖；
[0025] 圖2為DTN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點位置分布示意圖，其中目標(biāo)節(jié)點處于源節(jié)點廣播范圍內(nèi)；
[0026] 圖3為DTN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點位置分布示意圖，其中目標(biāo)節(jié)點處于源節(jié)點廣播范圍外；
[0027] 圖4為通過結(jié)點位置信息計算其移動方向的示意圖；
[0028] 圖5為DTN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點位置分布示意圖，其中源節(jié)點廣播范圍內(nèi)存在一個移動方 向與消息傳輸方向一致的節(jié)點；
[0029] 圖6為DTN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點位置分布示意圖，其中源節(jié)點廣播范圍內(nèi)存在兩個移動方 向與消息傳輸方向一致的節(jié)點；
[0030] 圖7為DTN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點位置分布示意圖，其中源節(jié)點廣播范圍內(nèi)不存在移動方向 與消息傳輸方向一致的節(jié)點；
[0031] 圖8為DTN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點位置分布示意圖，其中目標(biāo)節(jié)點不在跳轉(zhuǎn)節(jié)點的傳輸范圍 內(nèi)，且跳轉(zhuǎn)節(jié)點傳輸范圍內(nèi)存在有移動方向與消息傳輸方向一致的節(jié)點；
[0032] 圖9為DTN網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點位置分布示意圖，其中跳轉(zhuǎn)節(jié)點在接收消息時需要分配優(yōu) 先