本發(fā)明涉及的是一種延遲容忍網(wǎng)絡(luò)(dtn)路由方法，主要涉及一種基于優(yōu)化控制信息生成方法的dtn路由方法。

背景技術(shù)：

對(duì)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)如osi參考模型、internet體系結(jié)構(gòu)、移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)等主要是解決傳輸時(shí)延小、錯(cuò)誤率低、節(jié)點(diǎn)間存在鏈路等情況。但是在災(zāi)難場(chǎng)景、偏遠(yuǎn)地區(qū)等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，這些傳統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)將不再適用。然而，傳輸時(shí)延大、錯(cuò)誤率高、資源受限等網(wǎng)絡(luò)環(huán)境愈發(fā)普遍；dtn的出現(xiàn)很好地解決了如上問(wèn)題。dtn是一種新型網(wǎng)絡(luò)，其不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，具有高延遲、高錯(cuò)誤率、低傳輸率、可能不存在端到端的連接通路等特性。

鑒于dtn的諸多特性，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”的方式無(wú)法滿足其通信，其采用“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”的路由模式，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在發(fā)現(xiàn)合適的中繼節(jié)點(diǎn)或目的節(jié)點(diǎn)之前將一直攜帶消息，并且消息一直由一個(gè)節(jié)點(diǎn)中繼至另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，除非該消息到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)或者被丟棄。因此，dtn中節(jié)點(diǎn)的通信主要是借助節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)，利用網(wǎng)絡(luò)中功能完好的連通分支，盡最大可能將消息交付至目的節(jié)點(diǎn)。dtn為了實(shí)現(xiàn)“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸層之上架構(gòu)了一個(gè)bundle層，從而將傳統(tǒng)的“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”的路由模式轉(zhuǎn)換為“存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)”的路由模式，以適應(yīng)高延遲、高錯(cuò)誤率、無(wú)端到端連接路徑的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

合理的dtn路由策略能夠利用dtn中有限的資源，根據(jù)一定的轉(zhuǎn)發(fā)策略進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)，使得在不增加網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷的同時(shí)，提高網(wǎng)絡(luò)中消息成功交付的幾率。但是目前的dtn路由策略還存在很多不足，其主要面向網(wǎng)絡(luò)中資源不受限的環(huán)境，并未考慮網(wǎng)絡(luò)中資源受限或資源不均衡的情況；同時(shí)，在進(jìn)行消息轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率較低并且網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷較大。因此，亟需提出一種面向受限資源的dtn路由策略，使其根據(jù)資源的受限情況以及分布情況，實(shí)施消息的轉(zhuǎn)發(fā)。針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出一種基于ocigm資源受限dtn路由策略，該路由策略可以利用局部節(jié)點(diǎn)資源進(jìn)行中繼節(jié)點(diǎn)選擇，并根據(jù)優(yōu)化控制信息進(jìn)行副本控制，從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)的整體性能較優(yōu)的目的。

文獻(xiàn)《dynamicreplicationandforwardingcontrolbasedonnodesurroundingsincooperativedelay-tolerantnetworks》中，nishiyamah等人指出協(xié)作dtn可以通過(guò)將遠(yuǎn)離基站的節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的消息以多跳方式傳送至基站的這種形式擴(kuò)展另一些類型網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍，該文章針對(duì)協(xié)作dtn，提出了一種環(huán)分布路由，根據(jù)源節(jié)點(diǎn)的周圍環(huán)境控制消息副本數(shù)量以及消息的轉(zhuǎn)發(fā)。zhangl等人在《mobility-awareroutingindelaytolerantnetworks》中針對(duì)現(xiàn)有的路由算法未考慮節(jié)點(diǎn)空間信息的問(wèn)題，其中空間信息是諸如在一個(gè)位置的駐留時(shí)間以及在節(jié)點(diǎn)相遇概率預(yù)測(cè)過(guò)程中的連接傳遞性等，提出了一種基于節(jié)點(diǎn)空間信息和節(jié)點(diǎn)連接傳遞性的路由策略。文獻(xiàn)《exploitingsmallworldpropertiesformessageforwardingindelaytolerantnetworks》中，weik等人設(shè)計(jì)一種新型的消息交付度量單位表示節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能力，并利用小世界特性設(shè)計(jì)中繼節(jié)點(diǎn)選擇規(guī)則，然后利用節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)能力及中繼節(jié)點(diǎn)選擇規(guī)則設(shè)計(jì)了一種基于代價(jià)效率的社會(huì)感知路由算法。文獻(xiàn)《performanceanalysisofhop-limitedepidemicroutingindtnwithlimitedforwardingtimes》中，yahuiwu等人為了減小網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷，提出了一種跳數(shù)限制的傳染病路由算法，該路由算法限制節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)。文獻(xiàn)《routingindelaytolerantnetworkswithperiodicconnections》為了滿足不同網(wǎng)絡(luò)模型的需求，分析預(yù)測(cè)的多種級(jí)別，為不同類型的周期性連接提供不同的路由機(jī)制以此確保最早的交付時(shí)間和最小的跳數(shù)。

綜上所述，目前已有的dtn路由策略主要依靠節(jié)點(diǎn)間的相遇信息(比如相遇持續(xù)時(shí)間、相遇次數(shù)等)或者節(jié)點(diǎn)的某些特性(比如移動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)交付概率等)進(jìn)行消息傳輸，并未考慮資源受限或者資源不均衡的環(huán)境。然而，在dtn的諸多應(yīng)用場(chǎng)景中，往往存在著資源受限、資源不均衡的情況，比如災(zāi)難場(chǎng)景、偏遠(yuǎn)地區(qū)網(wǎng)絡(luò)等。同時(shí)，已有的dtn路由策略未對(duì)全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)做出判斷，使得全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)與路由策略難以取得一致的目標(biāo)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種能使全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)與路由策略取得一致的目標(biāo)的基于優(yōu)化控制信息生成方法的延遲容忍網(wǎng)絡(luò)路由方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

(1)節(jié)點(diǎn)與控制中心間通信

控制中心向節(jié)點(diǎn)發(fā)送優(yōu)化控制信息的方式是利用衛(wèi)星作為中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣播，節(jié)點(diǎn)向控制中心發(fā)送消息交付情況是通過(guò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)進(jìn)行消息中繼的機(jī)會(huì)鏈路；

(2)節(jié)點(diǎn)間通信

節(jié)點(diǎn)間通信時(shí)，采用多副本方式進(jìn)行消息傳輸。

本發(fā)明還可以包括：

1、所述節(jié)點(diǎn)向控制中心發(fā)送消息交付情況具體包括：

(a)判斷時(shí)刻t是否為節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息交付情況周期t2(時(shí)間t2是事先設(shè)定的值)的倍數(shù)，如果是，則轉(zhuǎn)至(b)；否則轉(zhuǎn)至(e)；

(b)節(jié)點(diǎn)i計(jì)算該節(jié)點(diǎn)在時(shí)刻t-t2至?xí)r刻t時(shí)間間隔內(nèi)的消息交付情況mdsituationt{消息成功交付數(shù)、消息交付開(kāi)銷、消息交付延遲、丟棄消息數(shù)}；

(c)節(jié)點(diǎn)i將消息交付情況mdsituationt的生命周期設(shè)置為t2；

(d)判斷節(jié)點(diǎn)i是否可直接將消息交付情況mdsituationt交付至控制中心，如果可以直接交付，則將消息交付情況mdsituationt交付至控制中心，并轉(zhuǎn)至(h)；否則，轉(zhuǎn)至(e)；

(e)判斷節(jié)點(diǎn)i是否與網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)j建立連接；如果是，則轉(zhuǎn)至(f)；否則，轉(zhuǎn)至(h)；

(f)節(jié)點(diǎn)i與網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)j建立連接后，獲得節(jié)點(diǎn)j的可成功交付概率dproj，并與本節(jié)點(diǎn)即節(jié)點(diǎn)i自身的可成功交付概率dproi進(jìn)行比較，如果dproj較小，則節(jié)點(diǎn)i繼續(xù)攜帶消息交付情況，直至遇到符合中繼條件的節(jié)點(diǎn)，并轉(zhuǎn)至(g)；否則轉(zhuǎn)至(h)；

(g)將節(jié)點(diǎn)i的消息交付情況mdsituationt及其攜帶的其它節(jié)點(diǎn)的消息交付情況中繼至節(jié)點(diǎn)j，在中繼成功后更新節(jié)點(diǎn)i的消息交付情況隊(duì)列；

(h)判斷是否達(dá)到仿真時(shí)間，如果是，則結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)至(a)。

2、在任意時(shí)刻t，節(jié)點(diǎn)間通信具體包括：

(a1)判斷網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)i在時(shí)刻t是否接收到優(yōu)化控制信息，如果是，則轉(zhuǎn)至(b1)；否則，轉(zhuǎn)至(c1)；

(b1)調(diào)用ocigm()進(jìn)行副本限制；

(c1)判斷節(jié)點(diǎn)i是否與網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)j建立連接；如果是，則轉(zhuǎn)至(d1)；否則，轉(zhuǎn)至(e1)；

(d1)節(jié)點(diǎn)i與網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)j建立連接后，獲得節(jié)點(diǎn)j的可成功交付概率dproj，并與本節(jié)點(diǎn)即節(jié)點(diǎn)i自身的可成功交付概率dproi進(jìn)行比較，如果dproj較小，則節(jié)點(diǎn)i繼續(xù)攜帶消息交付情況，直至遇到符合中繼條件的節(jié)點(diǎn)，并轉(zhuǎn)至(e1)；否則轉(zhuǎn)至(f1)；

(e1)將節(jié)點(diǎn)i攜帶的消息中繼至節(jié)點(diǎn)j，在中繼成功后根據(jù)消息副本限制更新節(jié)點(diǎn)i的消息隊(duì)列；

(f1)判斷是否達(dá)到仿真時(shí)間，如果是，則結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)至(a1)。

3、所述優(yōu)化控制信息的生成方法為：

(1)移動(dòng)終端通過(guò)機(jī)會(huì)鏈路在時(shí)刻t以時(shí)間間隔t2為周期，向控制中心發(fā)送該移動(dòng)終端時(shí)刻t-t2至?xí)r刻t的消息交付情況mdsituation；

(2)控制中心在時(shí)刻t’根據(jù)時(shí)刻t’-t1(時(shí)間t1是事先設(shè)定的值)至?xí)r刻t’接收到的消息交付情況，評(píng)估不確定性的全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns，所述全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns包括：消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率mdelivery、網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷moverhead和網(wǎng)絡(luò)丟包率mdrop；如果控制中心在t1時(shí)間間隔內(nèi)未接收到移動(dòng)終端發(fā)送的新的消息交付情況，則向移動(dòng)終端發(fā)送自行控制命令；否則執(zhí)行(3)；

(3)判斷全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns中消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率mdelivery是否大于事先設(shè)定的閾值α1，如果是，則執(zhí)行(4)；否則，調(diào)度決策集p中的提高消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率pdelivery決策，執(zhí)行(6)；

(4)判斷全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns中網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷moverhead是否小于事先設(shè)定的閾值α2，如果是，則執(zhí)行(5)；否則，調(diào)度決策集p中的降低網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷poverhead決策，執(zhí)行(7)；

(5)判斷全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns中網(wǎng)絡(luò)平丟包率mdrop是否小于事先設(shè)定的閾值α3，如果是，則發(fā)送自行控制，并結(jié)束；否則，調(diào)度決策集p中的降低網(wǎng)絡(luò)延遲pdelay決策，執(zhí)行(8)；

(6)利用公式對(duì)路由策略進(jìn)行副本限制，并結(jié)束；

(7)利用公式對(duì)路由策略進(jìn)行副本限制，并結(jié)束；

(8)利用公式對(duì)路由策略進(jìn)行副本限制，并結(jié)束。

4、0<α1<1。

5、α2>0。

6、α3>0。

針對(duì)已有的dtn路由策略進(jìn)行消息傳輸時(shí)，未考慮資源受限或者資源不均衡的環(huán)境。同時(shí)，也未對(duì)全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)做出判斷，使得全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)與路由策略難以取得一致的目標(biāo)。本發(fā)明提出了一種基于ocigm(optimizedcontrolinformationgeneratingmethodfordtnrouting)的資源受限dtn路由策略rc-rp。

附圖說(shuō)明

圖1一種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及弱反饋示例圖。

圖2一種面向dtn路由的優(yōu)化控制信息生成方法功能圖。

圖3一種面向dtn路由的優(yōu)化控制信息生成方法流程圖。

圖4節(jié)點(diǎn)向控制中心發(fā)送消息交付情況方式圖。

圖5節(jié)點(diǎn)間通信方式圖。

圖6rc-rp路由策略針對(duì)節(jié)點(diǎn)向控制中心發(fā)送消息交付情況流程圖。

圖7rc-rp路由策略針對(duì)節(jié)點(diǎn)間通信流程圖。

具體實(shí)施方式

下面舉例對(duì)本發(fā)明做更詳細(xì)的描述。

ocigm優(yōu)化控制信息生成方法的作用

ocigm優(yōu)化控制信息生成方法主要作用是生成對(duì)移動(dòng)終端(節(jié)點(diǎn))的dtn路由策略的優(yōu)化控制信息(提高消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率、降低網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷、降低網(wǎng)絡(luò)丟包率)。根據(jù)優(yōu)化控制信息，移動(dòng)終端中的路由策略通過(guò)限制消息的副本數(shù)進(jìn)行路由策略的調(diào)整。dtn路由策略根據(jù)優(yōu)化控制信息的不同類型，限制消息副本數(shù)的情況具體分為以下三種：

假設(shè)，在接收到該次優(yōu)化控制信息之前消息的副本數(shù)是nrofcopies，評(píng)估不確定性的全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns是{消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率mdelivery，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷moverhead，網(wǎng)絡(luò)丟包率mdrop}。

情況一：優(yōu)化控制信息是提高消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率

消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率是成功交付的消息數(shù)與網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的消息數(shù)的比值，因此，當(dāng)移動(dòng)終端接收到的優(yōu)化控制信息是提高消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率時(shí)，可以通過(guò)一定程度上增大消息副本數(shù)來(lái)提高消息交付成功的概率，利用公式(1)進(jìn)行副本數(shù)的控制。

公式(1)中，α1是事先設(shè)定的閾值，且全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns中消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率mdelivery<α1<1。

情況二：優(yōu)化控制信息是降低網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷

網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷＝(中繼消息總數(shù)-成功交付消息總數(shù))/成功交付消息總數(shù)，當(dāng)降低網(wǎng)絡(luò)中消息的副本數(shù)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中中繼消息總數(shù)會(huì)隨之下降，雖然成功交付消息總數(shù)也會(huì)隨之下降，但是，中繼消息總數(shù)下降的幅度較大。因此，當(dāng)移動(dòng)終端接收到的優(yōu)化控制信息是降低網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷時(shí)，可以通過(guò)一定程度上降低消息副本數(shù)來(lái)降低網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷，利用公式(2)進(jìn)行副本數(shù)的控制。

公式(2)中，α2是事先設(shè)定的閾值，且全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns中網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷moverhead>α2。

情況三：優(yōu)化控制信息是降低網(wǎng)絡(luò)丟包率

網(wǎng)絡(luò)丟包率是網(wǎng)絡(luò)中丟棄消息總數(shù)與網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生消息數(shù)的比值。網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)丟棄消息的主要原因是節(jié)點(diǎn)的緩存有限、可存儲(chǔ)攜帶的消息數(shù)有限。因此，當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到的優(yōu)化控制信息是降低網(wǎng)絡(luò)丟包率時(shí)，可以通過(guò)降低消息副本數(shù)一定程度上提高消息交付成功的概率，利用公式(3)進(jìn)行副本數(shù)的控制。

公式(3)中，α3是事先設(shè)定的閾值，且全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns中網(wǎng)絡(luò)丟包率mdrop>α3。

ocigm優(yōu)化控制信息生成方法的思想

dtn路由的優(yōu)化控制信息生成方法ocigm充分利用混合拓?fù)?集中式拓?fù)?、分布式拓?fù)?；直接鏈路、機(jī)會(huì)鏈路)下的弱反饋性質(zhì)，所謂弱反饋是指移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)弱連接(直接鏈路和機(jī)會(huì)鏈路組成的混合鏈路)的方式將消息交付情況發(fā)送至控制中心，控制中心卻無(wú)法和網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)直接取得聯(lián)系，更無(wú)從獲知所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)，如分布情況、資源狀況等。在這種情況下，控制中心可以根據(jù)消息交付情況來(lái)評(píng)估全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，從而產(chǎn)生相應(yīng)的優(yōu)化控制信息。然后通過(guò)單向鏈路(如衛(wèi)星鏈路)向網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送優(yōu)化控制信息，受到移動(dòng)節(jié)點(diǎn)自身發(fā)送功率的限制，上行衛(wèi)星鏈路對(duì)其并不適用。網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)移動(dòng)終端通過(guò)ocigm產(chǎn)生的優(yōu)化控制信息避免移動(dòng)終端為最大化自身交付性能而選擇惡化網(wǎng)絡(luò)性能的策略，最終達(dá)到網(wǎng)絡(luò)效用近似最大化的目標(biāo)。ocigm優(yōu)化控制信息生成方法網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及弱反饋示例圖如圖1所示，功能框圖如圖2所示。

網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要包括控制中心、衛(wèi)星、移動(dòng)終端。

控制中心主要功能是根據(jù)移動(dòng)終端通過(guò)機(jī)會(huì)鏈路發(fā)送來(lái)的消息交付情況mdsituation{消息成功交付數(shù)、消息交付開(kāi)銷、丟棄消息數(shù)}，并每隔時(shí)間t1(時(shí)間t1是事先設(shè)定的值)評(píng)估不確定性的全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns{消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率mdelivery，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷moverhead，網(wǎng)絡(luò)丟包率mdrop}，然后根據(jù)不確定性的全部網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)生成優(yōu)化控制信息{提高消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率、降低網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷、降低網(wǎng)絡(luò)丟包率}，并將其交付至衛(wèi)星，利用衛(wèi)星的直接鏈路將優(yōu)化控制信息發(fā)送至各個(gè)移動(dòng)終端。

衛(wèi)星主要功能是提供控制中心和移動(dòng)終端之間的直接鏈路，將控制中心的消息發(fā)送至各個(gè)移動(dòng)終端，但是由于移動(dòng)終端自身發(fā)送功率的限制，移動(dòng)終端不能向衛(wèi)星發(fā)送消息。衛(wèi)星接收控制中心的優(yōu)化控制信息，以直接鏈路傳送至各個(gè)移動(dòng)終端。

移動(dòng)終端首先通過(guò)機(jī)會(huì)鏈路以時(shí)間t2為周期(時(shí)間t2是事先設(shè)定的值)定期向控制中心發(fā)送該移動(dòng)終端在t2周期(時(shí)間t2是事先設(shè)定的值)內(nèi)的消息交付情況mdsituation{消息成功交付數(shù)、消息交付開(kāi)銷、丟棄消息數(shù)}，并接收衛(wèi)星傳輸?shù)膬?yōu)化控制信息。移動(dòng)終端根據(jù)優(yōu)化控制信息以優(yōu)化全局網(wǎng)絡(luò)效用(globalutility)為目標(biāo)進(jìn)行路由策略的調(diào)整。

其中全局網(wǎng)絡(luò)效用被定義為(mdelivery/α1)/(moverhead/α2+mdrop/α3)。

注意：ocigm優(yōu)化控制信息生成方法設(shè)置每隔時(shí)間t1時(shí)間進(jìn)行全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的評(píng)估，并設(shè)置每隔t2時(shí)間移動(dòng)終端定期發(fā)送該移動(dòng)終端的消息交付情況。這樣設(shè)置的原因是：因面向的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境是具有弱反饋及資源受限的特性，因此提出的ocigm優(yōu)化控制信息生成方法是分布式的，為節(jié)約資源且評(píng)估的準(zhǔn)確度，故設(shè)定評(píng)估周期t1及移動(dòng)終端的發(fā)送周期t2。

ocigm優(yōu)化控制信息生成方法流程

ocigm優(yōu)化控制信息生成方法根據(jù)控制中心所接收的全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns：{消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率mdelivery，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷moverhead，網(wǎng)絡(luò)丟包率mdrop}，以優(yōu)化全局網(wǎng)絡(luò)效用為目標(biāo)獨(dú)立地做出對(duì)dtn路由優(yōu)化控制的決策，決策集p：{提高消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率pdelivery，降低網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷poverhead，降低網(wǎng)絡(luò)丟包率pdrop}。

在受限的dtn網(wǎng)絡(luò)中，利用節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)能夠?qū)⑾⒊晒桓吨聊康墓?jié)點(diǎn)是重中之重，因此ocigm優(yōu)化控制信息生成方法首先是觀察全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns中消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率mdelivery；其次，觀察全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns中網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷moverhead、全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns中網(wǎng)絡(luò)平丟包率mdrop。

ocigm優(yōu)化控制信息生成方法流程如下：

(1)移動(dòng)終端通過(guò)機(jī)會(huì)鏈路在時(shí)刻t以時(shí)間間隔t2為周期(時(shí)間t2是事先設(shè)定的值)向控制中心發(fā)送該移動(dòng)終端時(shí)刻t-t2至?xí)r刻t的消息交付情況mdsituation；

(2)控制中心在時(shí)刻t’根據(jù)時(shí)刻t’-t1至?xí)r刻t’接收到的消息交付情況，評(píng)估不確定性的全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns，{消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率mdelivery，網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷moverhead，網(wǎng)絡(luò)丟包率mdrop}；如果控制中心在t1時(shí)間間隔內(nèi)未接收到移動(dòng)終端發(fā)送的新的消息交付情況，則向移動(dòng)終端發(fā)送自行控制命令；否則執(zhí)行(3)；

(3)判斷全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns中消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率mdelivery是否大α1(0<α1<1，α1是事先設(shè)定的閾值)，如果是，則執(zhí)行(4)；否則，調(diào)度決策集p中的提高消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率pdelivery決策，執(zhí)行(6)；

(4)判斷全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns中網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷moverhead是否小于α2(α2>0，α2是事先設(shè)定的閾值)，如果是，則執(zhí)行(5)；否則，調(diào)度決策集p中的降低網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷poverhead決策，執(zhí)行(7)；

(5)判斷全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)ns中網(wǎng)絡(luò)平丟包率mdrop是否小于α3(α3>0，α3是事先設(shè)定的閾值)，如果是，則發(fā)送自行控制，并結(jié)束；否則，調(diào)度決策集p中的降低網(wǎng)絡(luò)延遲pdrop決策，執(zhí)行(8)；

(6)利用公式(1)對(duì)路由策略進(jìn)行副本限制，并結(jié)束；

(7)利用公式(2)對(duì)路由策略進(jìn)行副本限制，并結(jié)束；

(8)利用公式(3)對(duì)路由策略進(jìn)行副本限制，并結(jié)束。

基于ocigm的資源受限dtn路由策略

rc-rp路由策略思想

rc-rp路由策略的提出是為了解決網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)移動(dòng)受限、節(jié)點(diǎn)通信受限、節(jié)點(diǎn)容量、通信范圍、節(jié)點(diǎn)帶寬等節(jié)點(diǎn)資源受限以及資源不均衡的問(wèn)題。rc-rp路由策略在進(jìn)行消息傳輸時(shí)不僅考慮局部資源，同時(shí)受到生成的優(yōu)化控制信息的控制，從而可以使得網(wǎng)絡(luò)中有限的資源得到充分的利用，最終達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)傳輸性能的目的。

在資源受限的dtn網(wǎng)絡(luò)中，為了提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，采用單副本、多副本相結(jié)合的混合式傳輸方式，本發(fā)明首先提出了一種面向dtn路由的優(yōu)化控制信息生成方法ocigm，其向網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)反饋優(yōu)化控制信息，從而使得各個(gè)節(jié)點(diǎn)不僅僅是考慮感知的局部資源(節(jié)點(diǎn)容量、節(jié)點(diǎn)通信范圍、節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)帶寬等)，還能綜合考慮網(wǎng)絡(luò)的全局情況，然后一定程度上自適應(yīng)地調(diào)整該節(jié)點(diǎn)自身的路由策略。

節(jié)點(diǎn)間通信主要是為中繼節(jié)點(diǎn)之間的消息，即網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信消息，其首要目的是提高消息成功交付的概率；而節(jié)點(diǎn)與控制中心之間的通信，主要是為了控制中心可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中某多個(gè)節(jié)點(diǎn)的消息交付情況評(píng)估當(dāng)前的全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。因此，為了提高消息成功交付的概率、降低網(wǎng)絡(luò)丟包率、網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷及消息交付延遲等，以提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能，rc-rp路由策略將節(jié)點(diǎn)間通信和節(jié)點(diǎn)與控制中心之間通信區(qū)分開(kāi)來(lái)。

rc-rp路由策略在節(jié)點(diǎn)之間通信(節(jié)點(diǎn)之間中繼網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)節(jié)點(diǎn)自身產(chǎn)生的消息)時(shí)利用多副本方式進(jìn)行消息傳輸；從而提高消息成功交付的概率。另一方面，為了節(jié)省節(jié)點(diǎn)緩存資源，減小節(jié)點(diǎn)負(fù)載，降低網(wǎng)絡(luò)丟包率及網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷，節(jié)點(diǎn)通過(guò)機(jī)會(huì)鏈路向控制中心發(fā)送該節(jié)點(diǎn)的消息交付情況及向利用該節(jié)點(diǎn)中繼的其它節(jié)點(diǎn)的消息交付情況時(shí)，利用單副本方式進(jìn)行傳輸。

rc-rp路由策略在多副本傳輸過(guò)程中，根據(jù)優(yōu)化控制信息進(jìn)行副本控制并利用周圍節(jié)點(diǎn)的局部資源進(jìn)行中繼節(jié)點(diǎn)選擇。rc-rp路由策略為網(wǎng)絡(luò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)定義一個(gè)可成功交付概率dpro，作為中繼節(jié)點(diǎn)選擇的依據(jù)。rc-rp路由策略為網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置兩個(gè)隊(duì)列，分別是消息隊(duì)列、消息交付情況隊(duì)列。其中消息隊(duì)列存儲(chǔ)的是節(jié)點(diǎn)間通信的消息(消息源節(jié)點(diǎn)、目的節(jié)點(diǎn)都是網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)終端)；消息交付情況隊(duì)列存儲(chǔ)的是網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)向控制中心發(fā)送的各個(gè)節(jié)點(diǎn)在時(shí)間間隔t2內(nèi)的消息交付情況，并且消息交付情況的生命周期是t2。

基于ocigm方法的資源受限dtn路由策略框架如圖3所示。

(1)節(jié)點(diǎn)與控制中心間通信

節(jié)點(diǎn)與控制中心間通信由控制中心向節(jié)點(diǎn)發(fā)送優(yōu)化控制信息與節(jié)點(diǎn)向控制中心發(fā)送消息交付情況兩部分組成。

(a)控制中心向節(jié)點(diǎn)發(fā)送優(yōu)化控制信息

控制中心向節(jié)點(diǎn)發(fā)送優(yōu)化控制信息的方式，在第3節(jié)中已提到，其是利用衛(wèi)星作為中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行廣播，從而不涉及具體的路由策略。

(b)節(jié)點(diǎn)向控制中心發(fā)送消息交付情況

節(jié)點(diǎn)向控制中心發(fā)送消息交付情況，是通過(guò)節(jié)點(diǎn)移動(dòng)進(jìn)行消息中繼的機(jī)會(huì)鏈路。節(jié)點(diǎn)向控制中心發(fā)送消息交付情況方式如圖4所示。

如圖4所示，為控制中心設(shè)置一個(gè)計(jì)時(shí)器，每隔t1時(shí)間通過(guò)衛(wèi)星向網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送t1時(shí)間間隔內(nèi)的全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。同時(shí)，為網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置一個(gè)計(jì)時(shí)器，對(duì)于任意節(jié)點(diǎn)i每隔t2時(shí)間，計(jì)算該節(jié)點(diǎn)的消息交付情況，以單副本方式轉(zhuǎn)發(fā)至中繼節(jié)點(diǎn)j，節(jié)點(diǎn)i選擇節(jié)點(diǎn)j作為消息交付情況中繼節(jié)點(diǎn)的條件是節(jié)點(diǎn)j的可成功交付概率dproi大于節(jié)點(diǎn)i的可成功交付概率dproj，其中任意節(jié)點(diǎn)i可成功交付概率dproi的計(jì)算如公式(4)所示。

在公式(4)中，speedi是節(jié)點(diǎn)i的移動(dòng)速度，distancei是當(dāng)前節(jié)點(diǎn)i與控制中心的距離，transmitrangei是節(jié)點(diǎn)i的通信范圍。節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度及通信范圍可一定程度表征節(jié)點(diǎn)將消息交付情況傳輸至控制中心的可能性。

(2)節(jié)點(diǎn)間通信

節(jié)點(diǎn)間通信的首要目的是提高消息成功交付的概率，因此rc-rp路由策略在節(jié)點(diǎn)間通信時(shí)，采用的多副本方式進(jìn)行消息傳輸。節(jié)點(diǎn)間通信方式如圖5所示。網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)i以多副本方式調(diào)度消息隊(duì)列中的消息。為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源、減小節(jié)點(diǎn)負(fù)載，根據(jù)優(yōu)化控制信息限制消息副本數(shù)。為了提高網(wǎng)絡(luò)性能，根據(jù)局部節(jié)點(diǎn)資源(節(jié)點(diǎn)通信范圍、節(jié)點(diǎn)容量)選擇中繼節(jié)點(diǎn)。

在面向資源受限的dtn中，網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)不僅僅是節(jié)點(diǎn)移動(dòng)受限、節(jié)點(diǎn)通信受限以及節(jié)點(diǎn)容量、通信范圍、節(jié)點(diǎn)帶寬等節(jié)點(diǎn)資源受限，還存在節(jié)點(diǎn)資源分布不均衡的問(wèn)題。為了一定程度上解決資源分布不均衡的問(wèn)題，在節(jié)點(diǎn)間通信時(shí)，不僅僅是根據(jù)優(yōu)化控制信息(提高消息轉(zhuǎn)發(fā)成功率、降低網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷降低丟包率)限制消息副本數(shù)，還引入節(jié)點(diǎn)通信范圍及節(jié)點(diǎn)容量來(lái)選擇消息中繼節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)通信范圍可一定程度上表征該節(jié)點(diǎn)可與其它節(jié)點(diǎn)建立連接的幾率，節(jié)點(diǎn)通信范圍越大與其它節(jié)點(diǎn)可連接的幾率越高；同時(shí)，節(jié)點(diǎn)容量可一定程度上表征節(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)消息的能力，節(jié)點(diǎn)容量越大，可以存儲(chǔ)越多的消息。

網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)i選擇節(jié)點(diǎn)j作為消息中繼節(jié)點(diǎn)的條件是節(jié)點(diǎn)j的可成功交付概率dproj大于節(jié)點(diǎn)i的可成功交付概率dproi，其中任意節(jié)點(diǎn)i可成功交付概率dproi計(jì)算公式如公式(5)所示：

dproi＝β1*transmitrangei+β2*bufferi(5)

在公式(5)中，transmitrangei是節(jié)點(diǎn)i的通信范圍、bufferi是節(jié)點(diǎn)i的容量，由于節(jié)點(diǎn)通信范圍transmitrangei和節(jié)點(diǎn)容量bufferi兩個(gè)參數(shù)的量級(jí)不同，利用β1和β2是對(duì)節(jié)點(diǎn)通信范圍transmitrangei和節(jié)點(diǎn)容量bufferi作歸一化處理。

rc-rp路由策略流程

(1)節(jié)點(diǎn)與控制中心間通信

在節(jié)點(diǎn)與控制中心間的通信中，控制中心向節(jié)點(diǎn)發(fā)送優(yōu)化控制信息是通過(guò)衛(wèi)星的直接鏈路、廣播的形式，故沒(méi)有相應(yīng)的路由策略。而由于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)自身發(fā)送功率的限制，上行衛(wèi)星鏈路對(duì)其并不適用。因此，節(jié)點(diǎn)向控制中心發(fā)送消息交付情況時(shí)，只能通過(guò)機(jī)會(huì)鏈路，依靠節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)進(jìn)行消息交付情況的轉(zhuǎn)發(fā)。為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，節(jié)點(diǎn)向控制中心發(fā)送消息是利用單副本形式。

在任意時(shí)刻t，網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)i，rc-rp路由策略針對(duì)節(jié)點(diǎn)向控制中心發(fā)送消息交付情況具體流程如下：

(a)判斷時(shí)刻t是否為節(jié)點(diǎn)發(fā)送消息交付情況周期t2的倍數(shù)，如果是，則轉(zhuǎn)至(b)；否則轉(zhuǎn)至(e)；

(b)節(jié)點(diǎn)i計(jì)算該節(jié)點(diǎn)在時(shí)刻t-t2至?xí)r刻t時(shí)間間隔內(nèi)的消息交付情況mdsituationt{消息成功交付數(shù)、消息交付開(kāi)銷、消息交付延遲、丟棄消息數(shù)}；

(c)節(jié)點(diǎn)i將消息交付情況mdsituationt的生命周期設(shè)置為t2；

(d)判斷節(jié)點(diǎn)i是否可直接將消息交付情況mdsituationt交付至控制中心，如果可以直接交付，則將消息交付情況mdsituationt交付至控制中心，并轉(zhuǎn)至(h)；否則，轉(zhuǎn)至(e)；

(e)判斷節(jié)點(diǎn)i是否與網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)j建立連接；如果是，則轉(zhuǎn)至(f)；否則，轉(zhuǎn)至(h)；

(f)節(jié)點(diǎn)i與網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)j建立連接后，獲得節(jié)點(diǎn)j的可成功交付概率dproj，并與本節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)i)自身的可成功交付概率dproi進(jìn)行比較，如果dproj較小，則節(jié)點(diǎn)i繼續(xù)攜帶消息交付情況，直至遇到符合中繼條件的節(jié)點(diǎn)，并轉(zhuǎn)至(g)；否則轉(zhuǎn)至(h)；

(g)將節(jié)點(diǎn)i的消息交付情況mdsituationt及其攜帶的其它節(jié)點(diǎn)的消息交付情況中繼至節(jié)點(diǎn)j，在中繼成功后更新節(jié)點(diǎn)i的消息交付情況隊(duì)列；

(h)判斷是否達(dá)到仿真時(shí)間，如果是，則結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)至(a)。

(2)節(jié)點(diǎn)間通信

由于節(jié)點(diǎn)間通信的首要目的是提高消息成功交付的概率，因此rc-rp路由策略在節(jié)點(diǎn)間通信時(shí)，采用的多副本方式進(jìn)行消息傳輸。為了減小節(jié)點(diǎn)中繼節(jié)點(diǎn)選擇的盲目性以及解決網(wǎng)絡(luò)中充斥同一消息大量副本帶來(lái)的資源浪費(fèi)問(wèn)題，rc-rp路由策略在節(jié)點(diǎn)間通信時(shí)利用節(jié)點(diǎn)通信范圍和節(jié)點(diǎn)容量(詳見(jiàn)公式(5))進(jìn)行中繼節(jié)點(diǎn)選擇，利用優(yōu)化控制信息進(jìn)行副本限制。

在任意時(shí)刻t，rc-rp路由策略針對(duì)節(jié)點(diǎn)間通信的流程如下：

(a)判斷網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)i在時(shí)刻t是否接收到優(yōu)化控制信息，如果是，則轉(zhuǎn)至(b)；否則，轉(zhuǎn)至(c)；

(b)調(diào)用ocigm()進(jìn)行副本限制；

(c)判斷節(jié)點(diǎn)i是否與網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)j建立連接；如果是，則轉(zhuǎn)至(d)；否則，轉(zhuǎn)至(e)；

(d)節(jié)點(diǎn)i與網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)j建立連接后，獲得節(jié)點(diǎn)j的可成功交付概率dproj，并與本節(jié)點(diǎn)(節(jié)點(diǎn)i)自身的可成功交付概率dproi進(jìn)行比較，如果dproj較小，則節(jié)點(diǎn)i繼續(xù)攜帶消息交付情況，直至遇到符合中繼條件的節(jié)點(diǎn)，并轉(zhuǎn)至(e)；否則轉(zhuǎn)至(f)；

(e)將節(jié)點(diǎn)i攜帶的消息中繼至節(jié)點(diǎn)j，在中繼成功后根據(jù)消息副本限制更新節(jié)點(diǎn)i的消息隊(duì)列。

(f)判斷是否達(dá)到仿真時(shí)間，如果是，則結(jié)束；否則，轉(zhuǎn)至(a)。