大數據傳輸型場景下基于列生成算法的dtn路由方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種大數據傳輸型場景下基于列生成算 法的DTN路由方法。
【背景技術】
[0002] 大數據傳輸場景具有傳輸數據節(jié)點多，鏈路不穩(wěn)定，網絡情況復雜等顯著特點，網 絡中的節(jié)點一般會按一定規(guī)律和路線進行移動。在普通環(huán)境中大數據傳輸型場景下一般采 取定向型路由策略，如數據戰(zhàn)策略、先知策略等，由于缺少對全局節(jié)點實時信息的處理，使 得其本質上得不到全局的最優(yōu)解。因此，需要將全局節(jié)點的實時信息進行線性提取并將求 全局最優(yōu)路由策略抽象為求線性規(guī)劃問題。在一般的DTN協議族中，先知路由的規(guī)則與之 類似，但是由于先知路由不能針對不同的網絡情況采取不同的認知程度級別，一定程度上 浪費了網絡資源。而且目前也沒有一種先知路由能夠有效解決大規(guī)模線性規(guī)劃問題。
[000引化in曾提出六種定向路由策略，分別基于六種對網絡的認知程度，其中最簡單（即 認知狀態(tài)最少）的一個抽象類為"初次接觸"，類中除了記錄每個節(jié)點的鄰居節(jié)點外沒有記 錄任何其他的有用信息。六種認知模型隨著認知程度的變化在采取相同的算法時會有明顯 的性能提升趨勢。采用該種認知抽象類的節(jié)點會隨機選取鄰居節(jié)點開始運動。其他的認知 抽象類除了基本信息外還記錄了特定通路激活時間。試驗后發(fā)現，采取其他認知抽象類的 算法在性能上要大大優(yōu)越于采取"初次接觸"抽象類的算法。在認知抽象類中，對網絡信息 的認知程度均依賴于H個消息庫的完整程度，普通的洪泛路由策略對H個認知消息庫不做 任何處理，在大數據量傳輸網絡場景下由于缺少對全網的認知，洪泛路由的性能表現是最 差的。部分認知模型只采用了H個認知消息庫中的一個或兩個，如先知路由，該類路由在大 數據傳輸場景的子網絡結構中不能夠滿足性能要求。

【發(fā)明內容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種大數據傳輸型場景下基于列生成算法的DTN路由方 法，其在大數據傳輸型場景下基于列生成算法的DTN路由策略利用消息抽象類得到原始線 性規(guī)劃模型。
[0005] 實現本發(fā)明目的的技術方案在于，一種大數據傳輸型場景下基于列生成算法的 DTN路由方法，其包括：接觸信息消息庫，用于記錄兩個節(jié)點接觸時所有的狀態(tài)信息；數據 報隊列消息庫，用于在鏈路擁塞和節(jié)點數據報隊列接近飽和時對整個傳輸狀態(tài)進行調度； 流量需求消息庫，用于為線性規(guī)劃算法提供當前流量統(tǒng)計，得到傳輸網絡即時的消息注入 數量和數據包丟棄數量。
[0006] 本發(fā)明的技術優(yōu)點在于；在普通環(huán)境下的大數據傳輸場景中，相比于常用的定向 路由策略，基于列生成算法的DTN路由策略取得了更好的投遞率，另外，基于列生成算法的 DTN路由策略能夠在鏈路出現損毀時進行一定程度的自我修復和性能恢復，并在節(jié)點消息 隊列長度和數據包最大生存時間處于在特定范圍時取得性能最優(yōu)。
【附圖說明】
[0007] 圖1是大數據傳輸型場景仿真實驗圖。
【具體實施方式】
[0008] 下面對本發(fā)明作進一步詳細描述。
[0009] 本發(fā)明一種大數據傳輸型場景下基于列生成算法的DTN路由方法，其包括；接觸 信息消息庫，接觸信息消息庫用于記錄兩個節(jié)點接觸時所有的狀態(tài)信息。數據報隊列消息 庫，用于在鏈路擁塞和節(jié)點數據報隊列接近飽和時對整個傳輸狀態(tài)進行調度；流量需求消 息庫，用于為線性規(guī)劃算法提供當前流量統(tǒng)計，得到傳輸網絡即時的消息注入數量和數據 包丟棄數量。
[0010] 所述的接觸信息消息庫在接觸狀態(tài)信息中最有代表性的就是兩個節(jié)點接觸的平 均等待時間，當認知模型按時間不變式調用接觸信息消息庫時，能夠獲得兩個節(jié)點接觸時 的所有狀態(tài)信息。
[0011] 所述的數據報隊列消息庫，其包含了任何節(jié)點在任意時刻的數據報隊列占用情 況，是整個線性規(guī)劃構建過程中不可缺少的消息。
[0012] 在大數據傳輸場景下采取列生成算法，采用全部H個消息庫，即全認知模型。在復 雜網絡原始線性規(guī)劃模型中，決策變量包括：消息集合、邊集合W及傳輸過程中連續(xù)的傳輸 時間間隔。在本發(fā)明中消息庫作為算法輸入數據；包含： V;復雜網絡點集E;復雜網絡邊集 P;傳輸過程中連續(xù)的傳輸時間間斷，即連續(xù)傳輸時間集合，對Iq eP,有Iq=[tq-1，tq) ce,t;在t時刻邊e上的信息容量，eeE de，t;在t時刻邊e上的信息延遲，eeE bv;節(jié)點V的信息容量 K;消息集合 Iv;是E中所有WV為目標節(jié)點的邊的集合Ov;是E中所有WV為源節(jié)點的邊的集合 S化）：k的源節(jié)點，其中keK w化）：k的注入時間，其中keK cKk) :k的目的節(jié)點，其中keK m化）：k的大小，其中keK R;路徑集合 具體步驟為： 步驟一、得到決策變量： ;表示在t時期（tEP)，消息k在節(jié)點V占用的緩沖區(qū)大??； ，：表示在I時期（I€P)，消息k抵達邊e時已經傳輸的消息大小； ；表示在I時期（IEP)，消息k離開邊e時已經接受的消息大小。
[0013] 步驟二、得到目標函數： 目標函數需達到的結果是減少平均傳輸時延，等價于減少所有消息的時延總和，可W表亦為；
【主權項】
1. 大數據傳輸型場景下基于列生成算法的DTN路由方法，其特征在于：包括：接觸信息 消息庫，用于記錄兩個節(jié)點接觸時所有的狀態(tài)信息；數據報隊列消息庫，用于在鏈路擁塞和 節(jié)點數據報隊列接近飽和時對整個傳輸狀態(tài)進行調度；流量需求消息庫，用于為線性規(guī)劃 算法提供當前流量統(tǒng)計，得到傳輸網絡即時的消息注入數量和數據包丟棄數量。
2. 根據權利要求1所述的大數據傳輸型場景下基于列生成算法的DTN路由方法，其特 征在于：生成算法步驟為： 步驟一、得到決策變量Xjj R^1 ： 表示在t時期（t p P)，消息k在節(jié)點v占用的緩沖區(qū)大??； %表不在I時期（I P)，消息k抵達邊e時已經傳輸的消息大??； 表示在I時期（I e P)，消息k離開邊e時已經接受的消息大小； 其中，V表示復雜網絡點集，P表示傳輸過程中連續(xù)的傳輸時間間斷； 步驟二、得到目標函數： 目標函數需達到的結果是減少平均傳輸時延，等價于減少所有消息的時延總和，表示 為：
步驟三、得到約束條件： 為了限制線性規(guī)劃過程中產生的多余運算，只使用5個約束條件：
表不在時期Iq中消息k在邊e傳輸的信息總和，設其為 Sum,則：
(5) 根據DW分解原理，綜合約束條件（1)，（2)，（3)，（4)，（5)可得受限制主問題RMP如下：
其中，R是消息k的源節(jié)點與目的節(jié)點間所有路徑的集合； 步驟四、利用列生成算法進行求解： 根據線性規(guī)劃理論，列生成算法可以對指數級別的數據量進行處理： 對下列主問題約束條件：
列生成算法會生成RPM并計算出相應的最佳二元決策變量作為初始解，對于（6)式可 得其初始解為：
最后，再將初始解求價格問題，并將產生的附加列加入新的受限主問題，最后反復遞 歸，就可以得到全局近似最優(yōu)解。
3.根據權利要求1所述的大數據傳輸型場景下基于列生成算法的DTN路由方法，其特 征在于：所述的決策變量包括：消息集合、邊集合以及傳輸過程中連續(xù)的傳輸時間間隔。
【專利摘要】本發(fā)明屬于無線通信技術領域，具體涉及一種大數據傳輸型場景下基于列生成算法的DTN路由方法，其包括：接觸信息消息庫，用于記錄兩個節(jié)點接觸時所有的狀態(tài)信息；數據報隊列消息庫，用于在鏈路擁塞和節(jié)點數據報隊列接近飽和時對整個傳輸狀態(tài)進行調度；流量需求消息庫，用于為線性規(guī)劃算法提供當前流量統(tǒng)計，得到傳輸網絡即時的消息注入數量和數據包丟棄數量。本發(fā)明的技術優(yōu)點在于：在普通環(huán)境下的大數據傳輸場景中，相比于常用的定向路由策略，基于列生成算法的DTN路由策略取得了更好的投遞率。
【IPC分類】H04L12-721
【公開號】CN104753784
【申請?zhí)枴緾N201310747671
【發(fā)明人】李千目, 倪辰辰
【申請人】南京理工大學常熟研究院有限公司
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月31日