一种考虑节点能量的延迟容忍网络拓扑路由方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑节点能量的延迟容忍网络拓扑路由方法，根据网络中节点自身特性以及所处环境抽象出节点相关维度并定义节点维度权重因数矩阵，对矩阵中的每一个节点j，求它以外的任一节点i与它都排前s等级中的维度数count[i]，若count[i]大于门限值θ，则将节点i加入节点j的“相对静态局部网络拓扑”，并在设定时间段T内通过节点相遇交换路由信息扩大和完善节点自身的网络拓扑；在节点的网络拓扑中，根据每条连接所关联的两个节点的能量建立收益矩阵并求出纳什均衡解,根据纳什均衡解求出简化的节点二进制网络拓扑，再根据二进制网络拓扑求出节点发送数据包的最短路径和最优转发节点集合,发送数据包并根据节点变化动态更新节点网络拓扑。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑节点能量的延迟容忍网络拓扑路由方法
本专利技术特别涉及一种考虑节点能量的延迟容忍网络拓扑路由方法。
技术介绍
当前，延迟容忍网络(DelayTolerantNetwork,简称DTN)中有效的路由算法成为学术界和产业界关注的焦点。由于延迟容忍网络所具备的一些特点导致传统的路由协议族对它无法适用。最主要的原因是传统的网络存在一个稳定的网络拓扑结构，路由协议是基于这个稳定的网络拓扑结构来进行设计。而在延迟容忍网络中不存在一个稳定的网络拓扑结构，由于节点的移动性和间断性连接使得网络拓扑结构处在不断变化的状态中，此外每个节点的能量也是有限的，因此需要另辟蹊径研究适合延迟容忍网络的路由方法。早在2004年SushantJain等人就曾指出路由问题是延迟容忍网络研究中的核心问题，并对DTN中路由的主要问题进行了明确的阐述，DTN路由问题实质就是如何在一个动态变化的拓扑图中使节点之间快速有效的通信。现存的路由算法可分为单副本路由算法，多副本路由算法，概率路由算法，社会性路由算法等。单副本路由算法在消息传递过程中不对消息进行复制，网络中只存在该消息的单一副本，导致消息的传输命中率较低，传输延时较高。多副本路由算法在消息传递过程中对消息进行复制，因此会在网络中存在多个副本，导致路由花费较高。概率路由算法根据节点的历史信息来对将来的路由进行预测，由于历史信息往往只考虑过去节点间的相遇次数，导致消息传递较低的命中率。社会性路由算法利用节点的社会性进行路由，由于只考虑社会性，导致消息传递较低的命中率。如何在延迟容忍网络中进行有效的路由，尤其是这种基于节点能量考虑的二进制拓扑路由方法少见文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种考虑节点能量的延迟容忍网络拓扑路由方法，通过进行有效的路由选择，提高了数据传递的命中率，并降低了数据传递延时和路由能耗。为了实现以上目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种考虑节点能量的延迟容忍网络拓扑路由方法，其特点是，该方法包含如下步骤：S1，根据延迟容忍网络中节点自身的特性以及所处的环境抽象出与节点相关的维度；S2，定义一个k×n维度权重因数矩阵表示每个维度对节点的重要性，矩阵k行代表有k个节点，n列代表每个节点有n个维度；S3，根据不同衡量标准对每个维度进行等级划分并根据节点自身特点对节点的不同维度进行等级归类；S4，统计矩阵中节点j以外节点i与节点j都排在前s的维度的个数并放入count[i]中，同时将对应维度标识加入维度标识集合A[i]中，判定count[i]是否大于门限值θ，如果是则将节点i加入节点j的相对静态局部网络拓扑中；S5，判断维度权重因数矩阵中所有节点的相对静态局部网络拓扑是否都求完，若是则进行步骤S6，否则更新节点j进入步骤S4；S6，综合定义节点网络拓扑连接权值；S7，在设定时间段T内，通过节点相遇交换路由信息来扩大和完善每个节点自身的网络拓扑；S8，网络拓扑中每个连接根据连接所关联的两个节点能量，建立收益矩阵并求出纳什均衡解，并对所述的网络拓扑简化；S9，根据纳什均衡解标出每个节点静态网络拓扑中每个连接的标志位为二进制1或0，1表示该连接有能量发送数据包，0正好相反；S10，根据简化后的网络拓扑拓扑并求出发送数据包的最短路径和最优转发节点集合；S11，发送数据包，更新二进制网络拓扑，发送新的数据包。所述的步骤S1中，用一个n维向量来标识每一个移动节点，n维向量的每一个值是整数，即该节点在每个维度中所处的等级，并对于任一节点a的n维向量表示为：HVa＝[Ha1Ha2…Hap…Han](1)。所述的步骤S2中每个维度对节点的重要性是随着时间变化的，其中维度权重因数矩阵表示为：式(2)中维度权重因数矩阵中每一个值的计算方式为：公式(3)中Hpmin代表第p维度中最小等级值，Hpmax代表第p维度中最大等级值，a为k个节点中的任意一个。所述的步骤3中等级划分需对每个维度划分为s个等级，r为最高等级，等级r-s+1到等级r为最高的前s个等级。所述的步骤S6中连接权值分为单连接权值计算和多连接权值计算，如下：当维度之间的联系相互独立时，所述的单连接权值计算公式为：公式(4)为节点a与节点f之间的单连接权值计算公式，其中它们在β个维度中排在前s等级；其中公式(4)中下列值为权重因数的倒数：当维度之间相互影响时，所述的单连接权值计算公式为：其中公式(7)中：其中公式(7)中：其中Last,Lfst,Lasp,Lfsp分别代表节点a和节点f在移动速度维度和停留时间维度的等级排名值，即当β个维度中有节点间相遇次数这一维度，而移动速度维度和停留时间维度不在前s等级时，所述的约束条件为：Lat∈Dt∩Lat≥r-s+1Lft∈Dt∩Lft≥r-s+1Last＜r-s+1,Lfst＜r-s+1,Lasp＜r-s+1,Lfsp＜r-s+1所述的多连接权值计算公式为：Waw＝Waea×Weaw+Waka×Wkaw+Wawa×Wwaw(10)公式(10)中,以求任意两个节点a和w之间的多连接权值为例，其中节点ea，节点ka，节点wa为节点a和节点w的三个共同朋友节点，Waea为节点a和节点ea之间的单连接权值，Weaw为节点ea和节点w之间的单连接权值，Waka为节点a和节点ka之间的单连接权值，Wkaw为节点ka和节点w之间的单连接权值，Wawa为节点a和节点wa之间的单连接权值，Wwaw为节点wa和节点w之间的单连接权值，根据概率乘法和加法原则，求出节点a和节点w之间的多连接权值。所述的步骤S7中通过节点相遇交换路由信息来扩大和完善每个节点自身的网络拓扑具体为：当节点相遇时将自身的局部拓扑信息互相发给对方，节点根据收到的对方的拓扑信息，将不同的部分并入自身的网络拓扑。所述的步骤S8中收益矩阵为：博弈论中为求纳什均衡解所建立的矩阵；所述的节点能量包括节点愿意接收数据包的能力、愿意转发数据包的能力以及有转发数据包的能力；对拓扑中的每一条连接根据连接所关联的两个节点i和j建立收益矩阵并求出纳什均衡解；所述的收益矩阵为：其中(Ui,Uj)中Ui为节点i转发并发送数据包的总收益，Uj为节点j转发并发送数据包的总收益，(Vi,Vj)中Vi为节点i转发并发送数据包的总收益，Vj为节点j发送数据包但不转发之前节点发来数据包的总收益，(Wi,Wj)中Wi同Ui，Wj表示节点j既不转发数据包也不发送数据包的总收益，(Xi,Xj)中Xi表示节点i发送自身的数据包但不转发来自之前节点数据包的总收益，Xj同Uj，(Yi,Yj)中的Yi同Xi，Yj同Vj，(Zi,Zj)中Zi同Xi，Zj同Wj，(Oi,Oj)中Oi表示节点i发送数据包但不转发之前节点发来的数据包的总收益，Oj同Xj，(Pi,Pj)中Pi同Oi，Pj同Vj，(Qi,Qj)中Qi同Oi，Qj同Wj。所述的步骤S8中对网络拓扑简化为：如果与连接相关的两个节点中任意一个节点出现能量不足或者数据包缓存队列已满，那么该连接标志位为0；如果没有出现上述情况，那么做如下判断，根据与该连接相关联的两个节点的各自的能量参数建立博弈论收益矩阵并以此求出两个节点间的纳什均衡解，如果纳什均衡解等于(Ui,Uj),其中Ui代表节点i有能量转发前驱节点发来的数据包并且有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种考虑节点能量的延迟容忍网络拓扑路由方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：S1，根据延迟容忍网络中节点自身的特性以及所处的环境抽象出与节点相关的维度；S2，定义一个k×n维度权重因数矩阵表示每个维度对节点的重要性，矩阵k行代表有k个节点，n列代表每个节点有n个维度；S3，根据不同衡量标准对每个维度进行等级划分并根据节点自身特点对节点的不同维度进行等级归类；S4，统计矩阵中节点j以外节点i与节点j都排在前s的维度的个数并放入count[i]中，同时将对应维度标识加入维度标识集合A[i]中，判定count[i]是否大于门限值θ，如果是则将节点i加入节点j的相对静态局部网络拓扑中；S5，判断维度权重因数矩阵中所有节点的相对静态局部网络拓扑是否都求完，若是则进行步骤S6，否则更新节点j进入步骤S4；S6，综合定义节点网络拓扑连接权值；S7，在设定时间段T内，通过节点相遇交换路由信息来扩大和完善每个节点自身的网络拓扑；S8，网络拓扑中每个连接根据连接所关联的两个节点能量，建立收益矩阵并求出纳什均衡解，并对所述的网络拓扑简化；S9，根据纳什均衡解标出每个节点静态网络拓扑中每个连接的标志位为二进制1或0，1表示该连接有能量发送数据包，0正好相反；S10，根据简化后的网络拓扑拓扑并求出发送数据包的最短路径和最优转发节点集合；S11，发送数据包，更新二进制网络拓扑，发送新的数据包。...

【技术特征摘要】
1.一种考虑节点能量的延迟容忍网络拓扑路由方法，其特征在于，该方法包含如下步骤：S1，根据延迟容忍网络中节点自身的特性以及所处的环境抽象出与节点相关的维度；S2，定义一个k×n维度权重因数矩阵表示每个维度对节点的重要性，矩阵k行代表有k个节点，n列代表每个节点有n个维度；S3，根据不同衡量标准对每个维度进行等级划分并根据节点自身特点对节点的不同维度进行等级归类；S4，统计矩阵中节点j以外节点i与节点j都排在前s的维度的个数并放入count[i]中，同时将对应维度标识加入维度标识集合A[i]中，判定count[i]是否大于门限值θ，如果是则将节点i加入节点j的相对静态局部网络拓扑中；S5，判断维度权重因数矩阵中所有节点的相对静态局部网络拓扑是否都求完，若是则进行步骤S6，否则更新节点j进入步骤S4；S6，综合定义节点网络拓扑连接权值；S7，在设定时间段T内，通过节点相遇交换路由信息来扩大和完善每个节点自身的网络拓扑；S8，网络拓扑中每个连接根据连接所关联的两个节点能量，建立收益矩阵并求出纳什均衡解，并对所述的网络拓扑简化；S9，根据纳什均衡解标出每个节点静态网络拓扑中每个连接的标志位为二进制1或0，1表示该连接有能量发送数据包，0正好相反；S10，根据简化后的网络拓扑拓扑并求出发送数据包的最短路径和最优转发节点集合；S11，发送数据包，更新二进制网络拓扑，发送新的数据包。2.如权利要求1所述的考虑节点能量的延迟容忍网络拓扑路由方法，其特征在于，所述的步骤S1中，用一个n维向量来标识每一个移动节点，n维向量的每一个值是整数，即该节点在每个维度中所处的等级，并对于任一节点a的n维向量表示为：HVa＝[Ha1Ha2…Hap…Han](1)。3.如权利要求1所述的考虑节点能量的延迟容忍网络拓扑路由方法，其特征在于，所述的步骤S2中每个维度对节点的重要性是随着时间变化的，其中维度权重因数矩阵表示为：式(2)中维度权重因数矩阵中每一个值的计算方式为：公式(3)中Hpmin代表第p维度中最小等级值，Hpmax代表第p维度中最大等级值，a为k个节点中的任意一个。4.如权利要求1所述的考虑节点能量的延迟容忍网络拓扑路由方法，其特征在于，所述的步骤3中等级划分需对每个维度划分为s个等级，r为最高等级，等级r-s+1到等级r为最高的前s个等级。5.如权利要求1所述的考虑节点能量的延迟容忍网络拓扑路由方法，其特征在于，所述的步骤S6中连接权值分为单连接权值计算和多连接权值计算，如下：当维度之间的联系相互独立时，所述的单连接权值计算公式为：公式(4)为节点a与节点f之间的单连接权值计算公式，其中它们在β个维度中排在前s等级；其中公式(4)中下列值为权重因数的倒数：当维度之间相互影响时，所述的单连接权值计算公式为：其中公式(7)中：其中公式(7)中：其中Last,Lfst,Lasp,Lfsp分别代表节点a和节点f在移动速度维度和停留时间维度的等级排名值，即当β个维度中有节点间相遇次数这一维度，而移动速度维度和停留时间维度不在前s等级时，所述的约束条件为：Lat∈Dt∩Lat≥r-s+1Lft∈Dt∩...

【专利技术属性】
技术研发人员：贾建鑫，韩德志，刘广钟，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31