專利名稱：一種基于綜合能力評選的機會網絡Anycast路由方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種路由方法，其主要用于機會網絡(Opportunistic Network)中 Anycast ()的足各由，Μ DTN(Delay/Disruption Tolerant Network)網 各。
背景技術：
機會網絡概念來源于早期的延遲容忍網絡(Delay/Disruption Tolerant Network，簡稱DTN)研究。它可以看作是具有延遲容忍網絡一般特征的無線自組網。延遲容忍網絡最初是容遲網絡研究組(DTNRG:Delay Torrent Network Research Group)為研究星際網絡IPNGnterplanetary network)通信而提出來的，其主要目標是支持具有間歇性連通、延遲很大、錯誤率高等特征的不同網絡的互聯(lián)和互操作。相對于傳統(tǒng)的無線自組網， 機會網絡具有的獨特特征是(1)在源節(jié)點和目的節(jié)點之間不存在一條完整的通信路徑， 網絡和鏈路經常頻繁地斷開和重新連接；( 節(jié)點之間的通信依賴于節(jié)點移動帶來的相遇機會。
由于機會網絡與傳統(tǒng)的無線自組織網絡是不同的，它在消息傳遞的過程中不要求源節(jié)點和目的節(jié)點在同一個通信范圍，它也不要求提前設置網絡的規(guī)模，節(jié)點的初始位置也沒有被統(tǒng)一部署，它只是利用節(jié)點的移動性轉發(fā)消息。當節(jié)點在移動的過程中沒有遇到其它節(jié)點，或者節(jié)點在移動的過程中與遇到的節(jié)點在同一通信范圍，但相遇的這些節(jié)點不適合進行轉發(fā)時，攜帶消息的節(jié)點將把消息存儲到本地空間并等待其它相遇機會進行轉發(fā)，消息傳遞的整個過程就是存儲(store)、攜帶(carry)和轉發(fā)(forward)的過程。
機會網絡主要應用于缺乏通信基礎設施、網絡環(huán)境惡劣以及應對緊急突發(fā)事件的場合，由于機會網絡能夠處理網絡分裂等已有無線網絡技術難以解決的問題并能滿足惡劣條件下的網絡通信需要，因此在軍事和民用無線通信領域都具有重要的研究和應用價值。 正在研究的通信場景包括游牧計算、車載網絡、軍事戰(zhàn)場通信、緊急營救/災后重建等。
選播(Anycast)是IPv6的一種標準服務，IPv6規(guī)定發(fā)送給Anycast地址的數(shù)據(jù)報將被投遞到該地址標識的接口之一(按路由協(xié)議的距離量度計算的“最近”的一個接口)。 選播服務表示一臺主機與一組目的主機中“最優(yōu)”的一臺建立連接并進行數(shù)據(jù)傳輸。一組目的主機的地址是由一個選播地址表示，提供相同服務的不同服務器擁有相同的選播地址。 選播的潛在含義是從多個服務器中選擇“最優(yōu)”的一個來提供服務，它能有效平衡網絡負載和提高網絡性能。
現(xiàn)有機會網絡中的選播路由存在幾個問題1)選播服務的擴展性存在很大局限。 由于路由過程中目的地址采用的不是選播地址而是單播地址串，網絡中存在多個選播服務時通信開銷會激增。2)選播中存在“無狀態(tài)服務”問題。路由過程中缺乏地址映射機制， 不能應用于面向連接的服務；幻最優(yōu)服務節(jié)點需要綜合評選。在面向連接的服務中，通信持續(xù)能力往往取決于服務節(jié)點的服務能力，而服務節(jié)點的服務能力會由于能量消耗、緩存的減少導致削弱和降低?，F(xiàn)有選播路由只關注節(jié)點的路由能力而忽視了服務節(jié)點的服務能力。
在鏈路不穩(wěn)定的受限網絡環(huán)境中，面對類似軍事通信和緊急呼叫的實時服務要求，選播路由具有的選優(yōu)特性有助于網絡滿足客戶的QoS要求。對于所需服務在多個服務器中有拷貝的應用而言，從資源、健壯性和效率等方面考慮，選播已成為機會網絡的一種重要通信機制。發(fā)明內容
本發(fā)明針對的是Anycast中的單拷貝路由，即任何時候每個消息在網絡中只有一個拷貝，目的在于提出一種基于綜合能力評選的機會網絡Anycast路由方法，該方法基于綜合能力評選以及期望路徑轉發(fā)規(guī)則，使消息從發(fā)送者傳輸?shù)饺我唤M節(jié)點所經歷的傳輸延時最短，且能支持面向連接類的服務。路由過程由多次節(jié)點相遇時消息轉發(fā)組成。
本發(fā)明借鑒了 IPv6中地址映射的機制，將選播服務請求中的選播地址轉換成最優(yōu)綜合能力服務節(jié)點的單播地址。每個節(jié)點通過記錄一個窗口期中與其他節(jié)點的相遇時長來估計節(jié)點間鏈路的連通概率P，并將其轉化為節(jié)點間的期望路徑長￡=Σ全兩個節(jié)點相遇時需要交換本地存儲的最新連通概率P和服務節(jié)點性能值11，并通過最短路徑算法計算出到服務節(jié)點的期望路徑長度EPL。節(jié)點發(fā)起選播服務請求時，首先計算綜合能力值f = E/u，然后確定最小的f對應的單播地址即是“最優(yōu)”服務節(jié)點的單播地址。其后，消息的轉發(fā)依據(jù)EPL進行，遇到比其EPL值小的節(jié)點則對其轉發(fā)消息。
在本發(fā)明的最優(yōu)服務節(jié)點選擇中，不僅考慮了節(jié)點間的鏈路能力，還考慮了服務節(jié)點持續(xù)服務的能力，依據(jù)這兩者的綜合能力來進行評選。
本發(fā)明的技術方案為
一種基于綜合能力評選的機會網絡Anycast路由方法，其步驟為
1)每個節(jié)點的單播地址為i，提供某類服務的服務節(jié)點同時還存在選播地址為a ； 所述節(jié)點包括普通節(jié)點(負責轉發(fā))和服務節(jié)點(可以提供某類服務)，所有的節(jié)點都有唯一標識符用單播地址標識，選播地址標識的是多個可以提供某類服務的節(jié)點；
2)每個節(jié)點維護著一個與其他節(jié)點的連通概率表Table5p和服務節(jié)點性能值表Tableu,兩個節(jié)點之間的連通概率為Pi, j,連通概率計算公式Pi, j = T_Connection/T_ Window, T_Connection表示節(jié)點i和j的連接時間，T_Window表示取樣時間窗的值，服務節(jié)點的性能值為Ui, Vi = α Energy (i) + (l-a) Buffer (i), α是用戶設定值(取值范圍 0 ^ α ^ 1) ；Energy(i)是節(jié)點i的剩余能量比；剩余能量比是當前剩余能量除以初始總能量，是一個比值，表示節(jié)點存活的能力，BuffeHi)是節(jié)點i的可用緩存空間比；所述的可用緩存空間比是剩余空間除以初始總的空間，是一個比值，表示節(jié)點存儲能力；
3)當兩個節(jié)點相遇時，需要交換本地存儲的最新連通概率和服務節(jié)點性能值，然后運用最短路徑算法(迪杰斯特拉)計算出到達服務節(jié)點i的期望路徑長度^jath(i)，兩節(jié)點的期望路徑長度ΣijepathMj Fi j
4)當節(jié)點發(fā)起某類選播服務請求時，首先產生一個地址探尋包，地址探尋包的目的地址是該類選播服務對應的選播地址％，針對選播地址標識為的每個單播地址計算出對應的期望路徑長度E (i Iatl)；
5)計算f(i) =E(i|a(l)/Ui，從中選擇值最小的f(i)所對應的i為最優(yōu)服務節(jié)點的單播地址；6)其后消息的轉發(fā)依據(jù)比較到達服務節(jié)點i的期望路徑的長短來進行(轉發(fā)到 Epath(i)值小的節(jié)點上)。進一步的，所述方法中用選播地址標識一類服務。所述方法中發(fā)起選播服務后需要進行地址映射找出最優(yōu)服務節(jié)點來與之進行數(shù)據(jù)傳遞。所述方法中節(jié)點上維護著節(jié)點連通概率表和服務節(jié)點性能表，標識機會網絡連通的拓撲結構和服務節(jié)點的服務能力。所述方法中節(jié)點連通概率Pi,」=T_Connection/T_Window，其中，T_Connection表示節(jié)點i和j的連接時間，T_ffindow表示取樣時間窗的值。所述方法中服務節(jié)點的性能值為Ui, Ui = α Energy⑴+ (I-Ci)Buffer⑴，其中， Energy(i)是節(jié)點i的剩余能量比，Buffer(i)是節(jié)點i的可用緩存空間比。所述方法中用期望路徑長度來度量節(jié)點之間的鏈路能力，采用最短路徑算法計算
期望路徑長度，Σ +。
i,jepath,i-j Fj.j所述方法中用綜合能力值f(i)來度量服務節(jié)點優(yōu)劣，f(i) = E(i|aQ)/Ui，對應 f(i)值最小的i即是最優(yōu)服務節(jié)點的單播地址。所述方法中消息的轉發(fā)依據(jù)比較到達服務節(jié)點i的期望路徑的長短來進行(轉發(fā)到^jath⑴值小的節(jié)點上)。本發(fā)明的優(yōu)點在于引入了地址映射機制，有效解決選播服務中的“無狀態(tài)服務” 問題，支持面向連接類的服務；由于采用了選播地址來標識一類服務，選播的可擴展性得到增強。


圖1是機會網絡中選播路由的流程圖。
具體實施例方式下面以具體實施方式
來對本發(fā)明的方案做進一步的說明1)每個節(jié)點的單播地址為i，提供某類服務的服務節(jié)點同時還存在選播地址為a ；2)每個節(jié)點維護著一個與其他節(jié)點的連通概率表Table5p和服務節(jié)點性能值表Tableu,兩個節(jié)點之間的連通概率為Pi,」，連通概率計算公式Pi,」=T_Connection/T_ Window, T_Connection表示節(jié)點i和j的連接時間，T_Window表示取樣時間窗的值，服務節(jié)點的性能值為Ui, Ui = α Energy (i) + (1- α ) Buffer (i), Energy (i)是節(jié)點i的剩余能量比，Buffer (i)是節(jié)點i的可用緩存空間比；3)當兩個節(jié)點相遇時，需要交換本地存儲的最新連通概率和服務節(jié)點性能值，然后運用最短路徑算法(迪杰斯特拉)計算出到達服務節(jié)點i的期望路徑長度^jath(i)，兩節(jié)
點的期望路徑長度Σ -^-；
ijepathj^=j Fij4)當節(jié)點發(fā)起某類選播服務請求時，首先產生一個地址探尋包，地址探尋包的目的地址是該類選播服務對應的選播地址，針對屬于的每個單播地址計算出對應的期望路徑長度E (i |aQ)；5)計算f(i) =E(i|a(l)/Ui，從中選擇值最小的f(i)所對應的i為最優(yōu)服務節(jié)點的單播地址；6)其后消息的轉發(fā)依據(jù)比較到達服務節(jié)點i的期望路徑的長短來進行(轉發(fā)到 Epath(i)值小的節(jié)點上)。
權利要求
1.一種基于綜合能力評選的機會網絡Anycast路由方法，其特征在于步驟為1)每個節(jié)點的單播地址為i，提供某類服務的服務節(jié)點同時還存在選播地址為a；2)每個節(jié)點維護著一個與其他節(jié)點的連通概率表Tabkp和服務節(jié)點性能值表Tableu, 兩個節(jié)點之間的連通概率為Pi, j,連通概率計算公式Pi, j = T_Connection/T_ffindow, T_ Connection表示節(jié)點i和j的連接時間，T_WindoW表示取樣時間窗的值，服務節(jié)點的性能值為Ui，Ui = α Energy (i) + (1_ α ) Buffer (i)，Energy (i)是節(jié)點i的剩余能量比，所述剩余能量比是當前剩余能量除以初始總能量，是一個比值，表示節(jié)點存活的能力；Buffer(i)是節(jié)點i的可用緩存空間比；所述的可用緩存空間比是剩余空間除以初始總的空間，是一個比值，表示節(jié)點存儲能力；3)當兩個節(jié)點相遇時，需要交換本地存儲的最新連通概率和服務節(jié)點性能值，然后運用迪杰斯特拉(Dijkstra)最短路徑算法計算出到達服務節(jié)點i的期望路徑長度4ath(i)，兩節(jié)點的期望路徑長度. ζ. J-ijepath,i^=j Fi.j · 54)當節(jié)點發(fā)起某類選播服務請求時，首先產生一個地址探尋包，地址探尋包的目的地址是該類選播服務對應的選播地址％，針對屬于的每個單播地址計算出對應的期望路徑長度 E(i|aQ)；5)計算f(i)=E(i| )/Ui，從中選擇值最小的f(i)所對應的i為最優(yōu)服務節(jié)點的單播地址；6)其后消息的轉發(fā)依據(jù)比較到達服務節(jié)點i的期望路徑的長短來進行，節(jié)點a攜帶有發(fā)往節(jié)點d的消息，當節(jié)點a和節(jié)點b相遇時，它會比較二者通往d的期望路徑的長短，如果b到d的路徑長度更小，則a將消息轉發(fā)給b，否則不轉發(fā)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于用選播地址標識一類服務。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于發(fā)起選播服務后需要進行地址映射找出最優(yōu)服務節(jié)點來與之進行數(shù)據(jù)傳遞。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于節(jié)點上維護著節(jié)點連通概率表和服務節(jié)點性能表，標識機會網絡連通的拓撲結構和服務節(jié)點的服務能力。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于用期望路徑長度來度量節(jié)點之間的鏈路能力，采用最短路徑算法計算期望路徑長度,iiVA= Σ τ-期望路徑長度^jath作為源節(jié)Ijepathj^j FiJ ">點與目的節(jié)點間距離的度量標準，其中，path表示消息從源節(jié)點傳輸?shù)侥康墓?jié)點所經過的節(jié)點集。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于用綜合能力值f(i)來度量服務節(jié)點優(yōu)劣， f(i) = E(i|aQ)Ui，對應f(i)值最小的i即是最優(yōu)服務節(jié)點的單播地 >址。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于消息的轉發(fā)依據(jù)比較到達服務節(jié)點i的期望路徑的長短來進行，節(jié)點a攜帶有發(fā)往節(jié)點d的消息，當節(jié)點a和節(jié)點b相遇時，它會比較二者通往d的期望路徑的長短，如果b到d的路徑長度更小，則a將消息轉發(fā)給b，否則不轉發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于綜合能力評選的機會網絡Anycast路由方法1)每個節(jié)點維護一個與其他節(jié)點的連通概率表和服務節(jié)點性能值表；2)兩節(jié)點相遇時交換本地最新連通概率和服務節(jié)點性能值，運用最短路徑算法計算出期望路徑長度；3)發(fā)起選播服務請求時，產生該類選播服務的選播地址a0，對a0的每個單播地址計算出期望路徑長度；4)計算綜合能力值f(i)，f(i)值最小的i為最優(yōu)服務節(jié)點；5)其后消息的轉發(fā)依據(jù)比較到達服務節(jié)點i的期望路徑的長短來進行。本發(fā)明引入地址映射機制，目標服務節(jié)點選擇中綜合考慮了網絡的鏈路能力和服務節(jié)點的服務能力。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明能有效支持面向連接類的服務。
文檔編號H04W40/02GK102572993SQ20121002178
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月31日 優(yōu)先權日2012年1月31日
發(fā)明者夏春和, 張 成, 王云川, 王海泉 申請人:北京航空航天大學