一種兼顧網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量和緩存的節(jié)點(diǎn)消息轉(zhuǎn)發(fā)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及移動(dòng)群智感知網(wǎng)絡(luò)(MCSN)，尤其是一種兼顧網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量和緩存的節(jié) 點(diǎn)消息轉(zhuǎn)發(fā)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在最近幾年，移動(dòng)智能終端滲透到我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。由于微電子技術(shù)和 短距離無(wú)線通信的快速發(fā)展，移動(dòng)終端攜帶豐富的傳感器，可W直接與其他終端進(jìn)行通信。 許多在W前是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的大規(guī)模感知任務(wù)，可W通過(guò)移動(dòng)智能終端之間的相互協(xié)作而很容 易的實(shí)現(xiàn)。運(yùn)就意味著人們進(jìn)入了群智感知時(shí)代，運(yùn)種網(wǎng)絡(luò)叫移動(dòng)群智感知網(wǎng)絡(luò)MCSN。對(duì)某 些任務(wù)，感知數(shù)據(jù)可W被直接上傳到服務(wù)器上或者感知平臺(tái)上，然而還有許多其他的應(yīng)用 任務(wù)，由于各種原因如網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、代價(jià)等，感知數(shù)據(jù)必須通過(guò)無(wú)線多跳的方式進(jìn)行投遞。但 是，由于終端的移動(dòng)性，MCSN的一個(gè)主要特征是間斷連接。為了解決運(yùn)個(gè)問(wèn)題，在MCSN中經(jīng) 常利用基于存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)的無(wú)線多跳的機(jī)會(huì)數(shù)據(jù)傳輸模式來(lái)進(jìn)行感知數(shù)據(jù)的收集。
[0003] 存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)的無(wú)線多跳數(shù)據(jù)機(jī)會(huì)傳輸模式在延遲容忍網(wǎng)絡(luò)和機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)中已 經(jīng)得到廣泛深入的研究，其主要為了解決由節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性所帶來(lái)的鏈路間歇式連通性問(wèn) 題。在MCSN的弱連接狀態(tài)下，機(jī)會(huì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵在于發(fā)現(xiàn)一個(gè)較好的中繼節(jié)點(diǎn)選擇策略。 如何設(shè)計(jì)一個(gè)有效的機(jī)會(huì)路由機(jī)制成為MCSN中一個(gè)研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。
[0004] 化idemic協(xié)議采用泛洪的方式向網(wǎng)絡(luò)中擴(kuò)散消息的副本，任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相遇，即 相互交換各自緩存中沒(méi)有的消息，運(yùn)種機(jī)制在節(jié)點(diǎn)緩存與帶寬無(wú)限的場(chǎng)景下有最優(yōu)的延時(shí) 性能，但在資源受限的機(jī)會(huì)式網(wǎng)絡(luò)中，泛洪機(jī)制網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載最大，算法的可擴(kuò)展性最差。大 量的移動(dòng)設(shè)備通常由人所攜帶，人的移動(dòng)性對(duì)節(jié)點(diǎn)的接觸情況不可避免地造成影響。因此， 近期工作主要關(guān)注于人的社會(huì)屬性對(duì)機(jī)會(huì)路由性能的影響。中屯、度、相似度、社區(qū)屬性等都 是很重要的社會(huì)屬性。BubbleRap協(xié)議充分利用節(jié)點(diǎn)的中屯、度、社區(qū)等社會(huì)屬性，網(wǎng)絡(luò)性能 有較好的提升，但由于在中繼節(jié)點(diǎn)選擇時(shí)沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn)剩余能量和可用緩存等自身的屬 性，導(dǎo)致中屯、度高的節(jié)點(diǎn)很快耗盡能量和緩存而"死亡"，節(jié)點(diǎn)的存活率較低。EABubble協(xié)議 雖然在考慮了節(jié)點(diǎn)的社會(huì)屬性基礎(chǔ)上，將節(jié)點(diǎn)的剩余能量也考慮進(jìn)去了，但沒(méi)有考慮節(jié)點(diǎn) 的剩余能量，性能并沒(méi)有很大的提升。
[0005] -個(gè)好的機(jī)會(huì)路由協(xié)議不僅要有盡可能高的成功投遞率，還要盡可能低的網(wǎng)絡(luò)時(shí) 延和網(wǎng)絡(luò)資源消耗如節(jié)點(diǎn)緩存、節(jié)點(diǎn)能量消耗、網(wǎng)絡(luò)帶寬等，尤其在網(wǎng)絡(luò)資源和節(jié)點(diǎn)資源非 常緊張的情況下更是如此。運(yùn)就要求我們?cè)趨f(xié)議設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮運(yùn)些因素，不能顧此失 彼?，F(xiàn)有的機(jī)會(huì)路由機(jī)制都沒(méi)有充分考慮節(jié)點(diǎn)的資源受限問(wèn)題或者僅僅考慮了其中的一個(gè) 因素，如何發(fā)明一種兼顧能量和緩存的機(jī)會(huì)路由協(xié)議是當(dāng)前業(yè)界的重要研發(fā)課題之一。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的主要目的是公開一種兼顧網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量和緩存的節(jié)點(diǎn)消息轉(zhuǎn)發(fā)方法，克 服現(xiàn)有移動(dòng)群智感知網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)路由決策的缺陷，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的壽命，提高網(wǎng)絡(luò)整體性 能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化配置。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種兼顧網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)能量和緩存的節(jié)點(diǎn)消息轉(zhuǎn)發(fā)方法， 在多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的移動(dòng)群智感知網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)多個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)將源節(jié)點(diǎn)生成的消息轉(zhuǎn)發(fā)到目 的節(jié)點(diǎn)，移動(dòng)群智感知網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)分成多個(gè)社區(qū)，在消息轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中優(yōu)先將消息轉(zhuǎn) 發(fā)給目的節(jié)點(diǎn)所在社區(qū)的節(jié)點(diǎn)，并且，在目的節(jié)點(diǎn)所在社區(qū)之外通過(guò)對(duì)比節(jié)點(diǎn)的全局度量， 將消息轉(zhuǎn)發(fā)給全局度量高的節(jié)點(diǎn)，在目的節(jié)點(diǎn)所在社區(qū)之內(nèi)通過(guò)對(duì)比節(jié)點(diǎn)的局部度量，將 消息轉(zhuǎn)發(fā)給局部度量高的節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的全局度量均根據(jù)該節(jié)點(diǎn)的全局中屯、度、節(jié)點(diǎn)剩 余能量和剩余緩存得到，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的局部度量均根據(jù)該節(jié)點(diǎn)的局部中屯、度、節(jié)點(diǎn)剩余能量 和剩余緩存得到，發(fā)送消息的節(jié)點(diǎn)和接收消息的節(jié)點(diǎn)在轉(zhuǎn)發(fā)消息之后，均根據(jù)其節(jié)點(diǎn)剩余 能量和剩余緩存更新全局度量和局部度量。
[000引較佳的，所述全局度量是C;M巧-敎C:,說(shuō)r 1)*嗟<礎(chǔ):辛至）*撼噓4 I)，其中， 、e、b是調(diào)節(jié)因子，分別用于調(diào)節(jié)全局中屯、度GC、剩余能量E和剩余緩存B在全局度GMet中的 比重，所述局部度量是LMet -據(jù)如I'C'fl：) *歡孩E + !) *敏be卡：!），其中，^、e、b是 調(diào)節(jié)因子，分別用于調(diào)節(jié)局部中屯、度LC、剩余能量E和剩余緩存B在局部度量LMet中的比重。
[0009] 較佳的，所述全局中屯、度是
，其中，V是網(wǎng)絡(luò)的中繼節(jié)點(diǎn)，S 和D分別是源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)，M是網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)總個(gè)數(shù)，瑟鎌是源節(jié)點(diǎn)S和目的節(jié)點(diǎn)D之間的 最短路徑數(shù)量，游&聽;!是源節(jié)點(diǎn)S和目的節(jié)點(diǎn)D之間包含中繼節(jié)點(diǎn)V的最短路徑數(shù)量;局部中 屯、度是
其中，Sl和dl分別是在中繼節(jié)點(diǎn)V所在社區(qū)網(wǎng)絡(luò)中轉(zhuǎn)發(fā)消 息m的起始節(jié)點(diǎn)和結(jié)束節(jié)點(diǎn)，Ml是節(jié)點(diǎn)V所在社區(qū)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)總個(gè)數(shù)，是起始節(jié)點(diǎn)Sl和 結(jié)束節(jié)點(diǎn)dl之間的最短路徑數(shù)量，淀3古,(V)是起始節(jié)點(diǎn)Sl和結(jié)束節(jié)點(diǎn)dl之間包含中繼節(jié)點(diǎn)V 的最短路徑數(shù)量。
[0010] 較佳的，所述剩余能量E包括節(jié)點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)包造成能量損耗后的剩余能量ii和待機(jī)及 鄰居節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)造成能量損耗后的剩余能量&，節(jié)點(diǎn)W固定時(shí)間間隔更新剩余能量授并在收 發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)更新剩余能量起，所述剩余能量餐曰蜀娩…％瑪，剩余能量曝級(jí)-詩(shī)，其中， 驗(yàn)沒(méi)是節(jié)點(diǎn)上次更新后的能量，;T是老化因子，滬汚:猜，:iy，k為時(shí)間單位的個(gè)數(shù)，餐是節(jié)點(diǎn)收 發(fā)一次數(shù)據(jù)包所消耗的能量，瀉是節(jié)點(diǎn)收發(fā)數(shù)據(jù)包的次數(shù)。
[00"]較佳的，所述剩余緩存攝麟屬織;…礙漆竭，其中J諭是節(jié)點(diǎn)的初始緩存，露堤節(jié)點(diǎn) 接收數(shù)據(jù)包所占用的緩存，鶴節(jié)點(diǎn)丟棄數(shù)據(jù)包所釋放的緩存。
[0012]較佳的，網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)i將其攜帶的消息m向目的節(jié)點(diǎn)D轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程中遇 到另一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)j時(shí)，首先判斷j是否是目的節(jié)點(diǎn)D，如果是，貝幢接轉(zhuǎn)發(fā)消息m到D，并更新 節(jié)點(diǎn)巧日j的全局度量和局部度量，否則，根據(jù)中繼節(jié)點(diǎn)i是否進(jìn)入目的節(jié)點(diǎn)D所在社區(qū)判斷 是否轉(zhuǎn)發(fā)。
[OOU]較佳的，當(dāng)節(jié)點(diǎn)i沒(méi)有進(jìn)入目的節(jié)點(diǎn)D所在社區(qū)時(shí)，如果滿足條件a:節(jié)點(diǎn)j與目的節(jié) 點(diǎn)D屬于同一社區(qū)和/或條件b:節(jié)點(diǎn)i的全局度量值小于節(jié)點(diǎn)j的全局度量值，則將消息m轉(zhuǎn) 發(fā)給節(jié)點(diǎn)j，并在考慮節(jié)點(diǎn)i和j的剩余能量和剩余緩存的基礎(chǔ)上，更新節(jié)點(diǎn)i和j的全局度量 和局部度量，W作為新的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)指導(dǎo)下次轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程，否則，不轉(zhuǎn)發(fā)消息m給節(jié)點(diǎn)j。
[0014] 較佳的，當(dāng)節(jié)點(diǎn)i進(jìn)入目的節(jié)點(diǎn)D所在社區(qū)時(shí)，如果同時(shí)滿足條件a:節(jié)點(diǎn)j與目的節(jié) 點(diǎn)D屬于同一社區(qū)和條件C:節(jié)點(diǎn)i的局部度量值小于節(jié)點(diǎn)j的局部度量值，則將消息m轉(zhuǎn)發(fā)給 節(jié)點(diǎn)j，并在考慮節(jié)點(diǎn)i和j的剩余能量和剩余緩存的基礎(chǔ)上，更新節(jié)點(diǎn)i和j的全局度量和局 部度量，W作為新的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)指導(dǎo)下次轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程，否則，不轉(zhuǎn)發(fā)消息m給節(jié)點(diǎn)j。
[0015] 較佳的，根據(jù)譜聚類方法將網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)分成N個(gè)社區(qū)，提取出每個(gè)節(jié)點(diǎn)的社 區(qū)屬性，根據(jù)節(jié)點(diǎn)的社區(qū)屬性可得到節(jié)點(diǎn)的局部中屯、度。
[0016] 較佳的，提取節(jié)點(diǎn)的社區(qū)屬性的譜聚類方法是： 步驟1、設(shè)定移動(dòng)群智感知網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)是M，初始化社區(qū)個(gè)數(shù)N=I,并標(biāo)記節(jié)點(diǎn)i的 社區(qū)屬性是揖：