CN101997775A - 一种延迟容忍网络中改进效用路由的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种延迟容忍网络中改进效用路由的方法，该方法包括如下步骤：(1)判断节点是否满足转发前提条件；(2)根据路由采用的阈值策略转发节点信息。本发明提供的一种延迟容忍网络中改进效用路由的方法中，该方法的路由开销是可调的常量，不会产生高路由成本问题；并且该方法基于节点的效用值进行消息转发，并且通过合理的消息副本分发策略缓解了路由开销不均衡的问题；尤其适用于大规模和节点资源受限的网络中。

Description

一种延迟容忍网络中改进效用路由的方法

技术领域

本发明涉及网络技术，尤其涉及一种延迟容忍网络(Delay Tolerant Networks，简称DTN)中改进效用路由的方法。

背景技术

在DTN中，由于节点的密度较低，节点之间往往不存在端到端的路径，这给DTN路由带来了巨大的困难。为了限制洪泛效应，学者们提出了基于效用的Utility-based路由协议，即Quality-based路由协议，简称效用路由。基于效用的路由协议选用部分效用值较高，即质量较高的节点作为消息转发的对象，一方面，这样可以降低路由的开销，另一方面又能保证较好的路由性能。

为了区分出质量好的节点和质量差的节点，基于效用的路由协议需要设定一个阈值，只有当节点的效用大于阈值的时候，节点才有可能成为中继节点帮助转发数据给目标节点。如果阈值设定得太高，很多效用值不高的节点就会被剥夺转发消息的权利，使路由协议的性能下降、消息传输的时延变长；相反，如果阈值设定得太低，大量的节点会参与消息转发，致使网络中消息副本的急剧增加，最终像洪泛路由一样快速地耗尽网络的可用资源。

由此可见，阈值设定对网络有很大的影响。然而，以往的研究工作大多集中在为具体的应用场景寻找合适的效用函数上，而忽略了阈值设定策略对网络的影响。

目前，在基于效用的路由协议中，设定阈值的主要策略是一致的阈值策略和非一致的阈值策略两种。

一致的阈值策略为在网络中设定一个全局的阈值τ，也就是说，每个节点的阈值都相同，效用值大于或等于τ的节点称为高质量的节点，有可能成为消息转发的中继节点。反之，效用值低于τ的节点称为低质量的节点，它们被剥夺了转发消息的机会。如果节点i和j相遇(即：进入彼此的通信范围)，且节点i的效用值为x_i，节点j的效用值为x_j，那么，节点i转发消息给j的条件为：x_j≥τ，也就是说，节点j是个高质量节点。

一致的阈值策略是一种比较简单的阈值设定方法，因为每个节点区分高质量节点与低质量节点的标准是相同的。然而，不同的节点可以根据自己的要求设定不同的阈值，从而选择自己感兴趣的高质量节点作为转发对象。学者们提出了很多种设定非一致阈值的方法，其中最主要的有如下两种类型：

较高的阈值转发策略(Higher forwarding)：我们假设节点i和j发生接触，在较高转发的情况下，节点i将阈值τ_i设为自己的效用值x_i。所以，节点i转发消息给节点j的条件为：x_j＞＝x_i，也就是说，当节点遇见不比自己效用值小的节点的时候，消息转发才会发生。

最高的阈值转发策略(Highest Forwarding)：受最优停止理论(如选秘书问题)的启发，有学者提出了一种叫做授权转发(Delegation forwarding)的路由协议。在授权转发路由协议中，如果节点i当前遇见的节点j是到目前为止节点i遇见的效用值最高的节点，那么节点i才会转发消息给节点j。因此，授权转发也被称为最高转发策略。

通过理论分析，可知上面这些阈值设定策略的一些弊端：

弊端一：对于一致的阈值策略和非一致的阈值策略，路由协议的总体开销都依赖于网络中节点的数量，也就是说，这类路由协议在本质上属于洪泛路由协议(Flooding-basedrouting protocols)。因此，在大规模网络或者是资源非常受限的网络中，这类路由协议都不适用。

弊端二：对于较高转发和最高转发两种策略，路由的开销并没有均匀分布在不同的节点上，高质量节点的负担比低质量节点更重，这就造成了节点开销不平衡的问题。高质量的节点耗尽可用资源之后，也就丧失了帮其他节点转发消息的能力，使路由性能降低，如果这些节点过早死亡，会使得网络更加稀疏。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种延迟容忍网络中改进效用路由的方法(Constant Cost Quality-based Routing Protocol，简称CCQR)，消除以往基于效用的路由协议所带来的高路由成本和节点路由开销不均衡的问题，从而在保证路由性能的情况下延长网络的生存时间。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种延迟容忍网络中改进效用路由的方法，对于路由中节点i和节点j，节点i的效用值为x_i，节点j的效用值为x_j，所述节点i为存储了消息M的源节点，M.num为消息M的副本数，当节点i和节点j通过移动彼此发生接触时，其工作步骤如下：

(1)判断节点i和节点j是否满足转发前提条件，即至少满足如下两个条件中的一个：

条件一：节点j为消息M的目标节点，并且M.num≥1；

条件二：x_j≥τ_i，且M.num＞1，其中τ_i为节点i的阈值；

(2)对于满足步骤(1)中的节点i和节点j，设定M.num＝L，其中L为常整数，根据所述路由采用的阈值策略确定节点i转发消息给节点j的方式：若所述路由采用一致的阈值策略，则节点i转发副本数为

的消息给节点j；若所述路由采用非一致的阈值策略，节点i转发副本数为的消息给节点j。

节点i在转发消息给节点j之后，节点i和j各自存储着消息的副本，随着自己的移动继续转发给其他节点。当消息在网络中的存活时间达到***设定的最大存活时间(Time-To-Live，简称TTL)时，该消息的所有副本就会被相应的节点删除，不能再继续转发。

在众多的限制路由开销的方法中，我们选择限制消息副本数的方法是因为网络的使用者可以灵活地调配L的大小来控制路由协议的总体开销，以满足各种应用的需求。

所述步骤(1)中的条件二，节点i的阈值τ_i根据所述路由采用的阈值策略确定：若所述路由采用一致的阈值策略，则τ_i＝τ，其中τ为全局的阈值；若所述路由采用较高的阈值转发策略，则τ_i＝x_i；若所述路由采用最高的阈值转发策略，则τ_i初始为x_i，在确定时刻为节点i在所述确定时刻以前包括所述确定时刻的所有移动过程中，接触到的所有节点中的效用值最高的节点的效用值。

比如针对步骤(1)中的条件二，若所述路由采用较高的阈值转发策略，那么只有当x_j≥x_i时，并且消息M的副本数大于1的情况下，节点i才可能将消息转发给节点j。

DTN网络中节点的密度虽然很低，但是有时候一个节点也会同时与多个节点相遇，那么节点需要决定转发消息给哪些节点和转发的顺序该如何确定可以按照以下方式解决：当节点i和节点j通过移动彼此发生接触时，存在其他与节点i发生接触的节点，我们假设所有在该时刻与节点i发生接触的节点结合为S＝{j，k，...}，则首先节点i遍历集合S中的节点，根据步骤(1)选择出所有满足转发前提条件的节点，并对选择出的节点按照效用值由高到低的顺序，依次根据步骤(2)将节点i中的消息转发给各个节点。也就是说，节点i先转发消息给集合S中效用值最高的节点，然后是次高的节点，依次进行直到集合S中所有的节点都被处理完。在这个过程中，节点i的消息M的副本数，即M.num值取每前一次转发后剩余的消息M的副本数作为本次转发的M.num值。

有益效果：本发明提供的一种延迟容忍网络中改进效用路由的方法中，该方法的路由开销是可调的常量，不会产生高路由成本问题；并且该方法基于节点的效用值进行消息转发，并且通过合理的消息副本分发策略缓解了路由开销不均衡的问题；尤其适用于大规模和节点资源受限的网络中。

具体实施方式

下面结合实例对本发明作更进一步的说明。

一种延迟容忍网络中改进效用路由的方法，对于路由中节点i和节点j，节点i的效用值为x_i，节点j的效用值为x_j，所述节点i为存储了消息M的源节点，M.num为消息M的副本数，当节点i和节点j通过移动彼此发生接触时，其工作步骤如下：

(1)判断节点i和节点j是否满足转发前提条件，即至少满足如下两个条件中的一个：

条件一：节点j为消息M的目标节点，并且M.num≥1；

条件二：x_j≥τ_i，且M.num＞1，其中τ_i为节点i的阈值；

(2)对于满足步骤(1)中的节点i和节点j，设定M.num＝L，其中L为常整数，根据所述路由采用的阈值策略确定节点i转发消息给节点j的方式：若所述路由采用一致的阈值策略，则节点i转发副本数为

的消息给节点j；若所述路由采用非一致的阈值策略，节点i转发副本数为

的消息给节点j。

节点i在转发消息给节点j之后，节点i和j各自存储着消息的副本，随着自己的移动继续转发给其他节点。当消息在网络中的存活时间达到***设定的最大存活时间(Time-To-Live，简称TTL)时，该消息的所有副本就会被相应的节点删除，不能再继续转发。

所述步骤(1)中的条件二，节点i的阈值τ_i根据所述路由采用的阈值策略确定：若所述路由采用一致的阈值策略，则τ_i＝τ，其中τ为全局的阈值；若所述路由采用较高的阈值转发策略，则τ_i＝x_i；若所述路由采用最高的阈值转发策略，则τ_i初始为x_i，在确定时刻为节点i在所述确定时刻以前包括所述确定时刻的所有移动过程中，接触到的所有节点中的效用值最高的节点的效用值。

以一种采用较高的阈值转发策略为例，可以按照如下方式进行详细描述：

采用其他阈值策略的的描述方法可以参考上述描述方式进行描述。

当DTN网络中一个节点同时与多个节点相遇，按照以下方式解决：当节点i和节点j通过移动彼此发生接触时，存在其他与节点i发生接触的节点，我们假设所有在该时刻与节点i发生接触的节点结合为S＝{j，k，...}，则首先节点i遍历集合S中的节点，根据步骤(1)选择出所有满足转发前提条件的节点，并对选择出的节点按照效用值由高到低的顺序，依次根据步骤(2)将节点i中的消息转发给各个节点。也就是说，节点i先转发消息给集合S中效用值最高的节点，然后是次高的节点，依次进行直到集合S中所有的节点都被处理完。在这个过程中，节点i的消息M的副本数，即M.num值取每前一次转发后剩余的消息M的副本数作为本次转发的M.num值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种延迟容忍网络中改进效用路由的方法，其特征在于：对于路由中节点i和节点j，节点i的效用值为x_i，节点j的效用值为x_j，所述节点i为存储了消息M的源节点，M.num为消息M的副本数，当节点i和节点j通过移动彼此发生接触时，其工作步骤如下：

(1)判断节点i和节点j是否满足转发前提条件，即至少满足如下两个条件中的一个：

条件一：节点j为消息M的目标节点，并且M.num≥1；

条件二：x_j≥τ_i，且M.num＞1，其中τ_i为节点i的阈值；

(2)对于满足步骤(1)中的节点i和节点j，设定M.num为常整数，根据所述路由采用的阈值策略确定节点i转发消息给节点j的方式：若所述路由采用一致的阈值策略，则节点i转发副本数为

的消息给节点j；若所述路由采用非一致的阈值策略，节点i转发副本数为

的消息给节点j。

2.根据权利要求1所述的延迟容忍网络中改进效用路由的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的条件二，节点i的阈值τ_i根据所述路由采用的阈值策略确定：若所述路由采用一致的阈值策略，则τ_i＝τ，其中τ为全局的阈值；若所述路由采用较高的阈值转发策略，则τ_i＝x_i；若所述路由采用最高的阈值转发策略，则τ_i初始为x_i，在确定时刻为节点i在所述确定时刻以前包括所述确定时刻的所有移动过程中，接触到的所有节点中的效用值最高的节点的效用值。

3.根据权利要求1所述的延迟容忍网络中改进效用路由的方法，其特征在于：当节点i和节点j通过移动彼此发生接触时，存在其他与节点i发生接触的节点，则首先根据步骤(1)选择出所有满足转发前提条件的节点，并对选择出的节点按照效用值由高到低的顺序，依次根据步骤(2)将节点i中的消息转发给各个节点。