移动传感器网络中基于能量信息捎带的高效路由方法技术

本发明专利技术提出一种基于能量信息捎带的移动传感器网络高效路由方法，该方法采用“基于信誉表的零开销信息捎带”、“基于剩余能量的邻居节点发送能力判断”和“ACK消息按需单播”3种新机制，解决了现有移动传感器网络相关路由方法中因未考虑邻居节点剩余能量不足以完成数据收发而导致发送节点无效地发送数据、接收节点在能量不足以转发数据时会引起信誉计算错误以及ACK消息通过在网络中泛洪传输引起控制开销和节点能耗偏大的问题，从而能够减少路由过程中的控制开销，节约节点能量，延长网络寿命。本发明专利技术提出的高效路由方法在运行时分为节点相遇感知、数据交互和信誉表更新3个阶段。

Energy efficient routing method based on the information from the mobile sensor network

The invention provides a mobile sensor network energy efficient routing method based on the information from, methods based on reputation table zero overhead information piggybacking \,\ based on the residual energy of neighbor nodes send the ability to judge \and\ ACK message on-demand unicast \3 new mechanisms to solve the existing mobile sensor network routing method because of not considering the residual energy of neighbor nodes to transmit and receive data to the sending node effectively sending and receiving nodes in enough energy to transmit data will cause the reputation calculation error and ACK message through network transmission caused flooding control overhead and energy consumption is too large, so as to reduce the control overhead of the routing process in the save node energy and prolong the network lifetime. The efficient routing method proposed in this paper can be divided into 3 stages: node encounter, data exchange and credit table update.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及移动传感网络中激励自私节点进行合作的路由方法，特别涉及采用信誉值对自私节点的合作行为进行激励和促进的场合。
技术介绍
移动传感器网络是一种节点可以移动的无线传感器网络。随着移动传感器网络的逐渐广泛应用(如野生动物跟踪、行星探测及军事上的应用等)，它日益受到人们的重视。移动传感器网络是由多个移动的传感器节点组成，节点之间采用无线通信，整个网络的拓扑结构是动态变化的，节点间的通信没有一条完整的路径，所以节点间采取“存储-携带-转发”模式进行数据的传递。通常，由于移动传感器网络中节点的资源(能量或缓存空间)相对不足，为了节约资源，节点会展现出一定的自私性，主要表现为拒绝帮助其它节点转发消息。这种自私行为使得现有的移动传感器网络路由机制无法正常工作，从而导致网络性能退化。因此移动传感器网络中的节点自私问题是一个迫切需要解决的问题。现阶段，解决移动传感器网络节点自私问题的研究工作主要集中于设计有效节点激励机制。基于博弈论的激励机制是重要研究方向之一，移动传感器网络中基于博弈的机制大概可以分为两种情况，即：基于信任的机制和基于信誉的机制。而目前，人们对于基于信誉的机制的研究所占比重较大。在基于信誉的机制中，节点被赋予了一个通常称为“信誉值”的属性。信誉值是节点在以往与其余节点交互的过程中积累的对其行为的量化评价，可作为判断节点是否合作的依据。信誉值有三种类型：1直接信誉值，通过一个对若干观察评级因素的加权平均值决定，直接通过节点观察所得当前信誉与先前观察信誉相联系(因为在观察中，间断的不良行为对最终信誉值的评估影响极小，由此可以避免链路断开造成的错误检测，并考虑劣势节点的局部不良行为)；2间接信誉值，由于主观信誉量只考虑一个主体节点与其邻居节点之间的交互；3综合信誉值，考虑到不同的观察和评估标准，计算出一个全局的信誉值(用于不同功能时的信誉信息)。MartiS等人提出的Watchdog&Pathrater方法(参见文献：MartiS,GiuliTJ,LaiK,etal.Mitigatingroutingmisbehaviorinmobileadhocnetworks[C]//Proceedingsofthe6thannualinternationalconferenceonMobilecomputingandnetworking.ACM,2000:255-265.)和BansalS等人提出的OCEAN方法(参见文献：BansalS,BakerM.Observation-basedCooperationEnforcementinAdHocNetworks[J].ComputerScience-NetworkingandInternetArchitecture,2003:1-10.)会对节点的行为进行统计，若观察到节点正常转发消息则信誉值增加，出现不合作行为则信誉值减小，当信誉值低于某个阈值时则认定其为自私节点。这2种方案都只利用了节点自身对邻居节点的观察信息，在计算信誉值时缺少与其余节点的交互。在BucheggerS等提出的CONFIDANT方法中(参见文献：BucheggerS,LeBoudecJY.PerformanceanalysisoftheCONFIDANTprotocol[C]//Proceedingsofthe3rdACMinternationalsymposiumonMobileadhocnetworking&computing,2002:226-236.)，节点在观察到不合作的行为时，向其余节点发送告警消息。在计算信誉值时，综合考虑了节点自身的观察信息、邻居节点的观察信息以及其余节点的告警信息，并给不同的信息赋予不同的权值。由于考虑了网络中其余节点的监测信息，信誉值计算更准确。但告警消息仅反映节点的不合作行为，对合作行为缺乏交互。KhanSU等人提的CORE方法(参见文献：KhanSU,AhmadI.Discriminatoryalgorithmicmechanismdesignbasedwwwcontentreplication[J].Informatica,2005,31:105-119.)实现了信誉值的验证，并将其用于检测不良行为实体，确定与每个节点功能信誉值相关的功能(分组转发功能或路由功能)权值，从而确保每个主体节点评估的全局声誉值不会影响整个系统。该方法的优点是：以动态源路由(DSR，DynamicSourceRouting)协议为基础，被看作DSR协议顶上新加的一层，监测功能(分组转发功能和路由功能)与DSR路由发现功能相关，所以其WD(WatchDog)功能能够检测到不参与路由发现的节点，信誉值的评估反应出节点的不良行为。不良行为可以在请求阶段检测，通过在应答阶段告知源节点和合作的中间节点，从而通过更新信誉值为合作节点分配正权重值(说明，与DSR路由发现功能不同，在CORE协议中，分组转发功能不提供请求或应答阶段各自独立的操作)。由于对于那些不良节点，其网络资源的使用将会被禁止，所以拒绝转发对那些不良实体没有任何好处，由此保证网络中整体节点的强制合作。但该方法在使用WD机制时，也存在着一些不足，如节点的不良行为的发现、节点间的共谋勾结和部分丢包问题。在MumtazS等的研究中(参见文献：MumtazS,MarquesP,GameiroA,etal.ApplicationofGameTheoryinAd-HocOpportunisticRadios[C]//2009IEEEInternationalConferenceonNetworking,2009:46-51.)使用一个计数器来跟踪邻居的最后行为踪迹(该节点每合作一次，它的计数器的值就增加。同样，每次它叛变的时候，其值就减少1)。如果这个计数器的值为正，那么节点就会合作，否则它将通过自己叛变(指当接收到邻居节点的计数器值为负时，该节点从此以后不论什么样的情况下，都不会转发接收自该邻居节点的数据分组)来惩罚它的邻居。在LiY等人提出的策略中(参见文献：LiY,XuH,CaoQ,etal.EvolutionaryGame-BasedTrustStrategyAdjustmentamongNodesinWirelessSensorNetworks[J].InternationalJournalofDistributedSensorNetworks,2015:1-12),移动传感器网络中的节点维护一个信誉表，里面保存的是其它节点的信誉值，该信誉值由两部分计算而得，一部分是记录节点合作行本文档来自技高网...

【技术保护点】
移动传感器网络中基于能量信息捎带的高效路由方法，其特征在于：包括节点相遇感知、数据交互和信誉表更新三个主要的操作阶段和“基于信誉表的零开销信息捎带”、“基于剩余能量的邻居节点发送能力判断”和“ACK消息按需单播”三种机制。在节点相遇感知阶段发现并联系遇到的节点，在数据交互阶段相遇节点相互交换信誉表和数据，在信誉表更新阶段节点更新信誉表的信息；“基于信誉表的零开销信息捎带”机制工作在数据交互阶段和信誉表更新阶段；“基于剩余能量的邻居节点发送能力判断”机制工作在数据交互阶段；“ACK消息按需单播”机制工作在数据交互阶段和信誉表更新阶段。

【技术特征摘要】
1.移动传感器网络中基于能量信息捎带的高效路由方法，其特征在于：包括节点相遇
感知、数据交互和信誉表更新三个主要的操作阶段和“基于信誉表的零开销信息捎带”、“基
于剩余能量的邻居节点发送能力判断”和“ACK消息按需单播”三种机制。在节点相遇感知
阶段发现并联系遇到的节点，在数据交互阶段相遇节点相互交换信誉表和数据，在信誉表更
新阶段节点更新信誉表的信息；“基于信誉表的零开销信息捎带”机制工作在数据交互阶段和
信誉表更新阶段；“基于剩余能量的邻居节点发送能力判断”机制工作在数据交互阶段；“ACK
消息按需单播”机制工作在数据交互阶段和信誉表更新阶段。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过采用“基于信誉表的零开销信息捎
带”机制，节点将剩余能量值、上一跳节点信息和ACK信息放入信誉矩阵中左上至右下对角
线上的元素中，从...

【专利技术属性】
技术研发人员：任智，崔平付，赵亚楠，陈炼，陈前斌，姚玉坤，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50