一種基于最小開(kāi)銷路徑的移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)多播路由方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于最小開(kāi)銷路徑的移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng) 絡(luò)多播路由方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)是利用移動(dòng)設(shè)備間的隨機(jī)鏈接進(jìn)行設(shè)備與設(shè)備之間的通信，其節(jié)點(diǎn) (移動(dòng)設(shè)備)是流動(dòng)(移動(dòng)）的，網(wǎng)絡(luò)部署稀疏，其網(wǎng)絡(luò)連接是間斷的、非決定性的，由節(jié)點(diǎn)之 間隨機(jī)的相遇決定的，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成不穩(wěn)定。由于移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)能夠提供無(wú)縫、高質(zhì)量的無(wú)線接 入能力，在無(wú)線蜂窩網(wǎng)絡(luò)下的移動(dòng)隨機(jī)通信被看作是下一代無(wú)線通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
[0003] 移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)通常在由經(jīng)常性交互的參與者組成的本地群體中產(chǎn)生。比如生活在 都市中的鄰居，學(xué)校中學(xué)習(xí)的學(xué)生，或者是瀏覽名勝古跡的游客。它的網(wǎng)絡(luò)尺寸可以大到一 個(gè)大學(xué)，也可以小到由幾個(gè)成員組成的樂(lè)隊(duì)。它可以像一個(gè)社區(qū)一樣存在多年，也可以持續(xù) 短到幾小時(shí)，比如由一群游客組成的社交網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)單獨(dú)的移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)在參與者的數(shù)量， 社交連接數(shù)，以及社交媒介的數(shù)量上與在線社交網(wǎng)絡(luò)是無(wú)法比較的。但是，從對(duì)在線社交網(wǎng) 絡(luò)的補(bǔ)充和加強(qiáng)，以及有效支持基于本地社區(qū)的ad hoc社交網(wǎng)絡(luò)方面考慮，移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò) 具有非常重要的價(jià)值。
[0004] 有效的多播對(duì)于支持移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用是必不可少的。在一個(gè)多播事件 中，源節(jié)點(diǎn)意圖傳遞數(shù)據(jù)到一系列目的節(jié)點(diǎn)。移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以是源節(jié)點(diǎn) 或者是目的節(jié)點(diǎn)或者是兩者都是。多播的數(shù)據(jù)可以有多種類別，包括廣告、優(yōu)惠卷、產(chǎn)品介 紹或者邀請(qǐng)函等。雖然長(zhǎng)數(shù)據(jù)延時(shí)在移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)中是不可避免的，但是這種端到端的傳 輸延時(shí)在很多應(yīng)用中是高度渴望的。比如，廣告的散布必須滿足其延時(shí)不超過(guò)其過(guò)期日期。 除了延時(shí)限制這種服務(wù)質(zhì)量，本發(fā)明還提出在移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最小化通信開(kāi)銷。
[0005] 現(xiàn)有的容延時(shí)網(wǎng)絡(luò)(DTN)路由算法，如l)Direct Delivery:數(shù)據(jù)包直接從源節(jié)點(diǎn) 發(fā)送到目的節(jié)點(diǎn)；2)Epidemic :數(shù)據(jù)包通過(guò)Epidemic算法傳遞到目的節(jié)點(diǎn)；SWocial-Aware : 根據(jù)基于社交屬性的 指標(biāo)來(lái)選擇中 繼節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)包傳遞到目的 節(jié)點(diǎn)； 4 ) Centralized:節(jié)點(diǎn)根據(jù)自己建立的多播樹(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這四種方法的數(shù)據(jù)包傳遞開(kāi)銷均 較大，且數(shù)據(jù)傳輸率較低，延時(shí)性能高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于最小開(kāi)銷路徑的移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)多播路由方法， 能夠使得網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包傳遞成功率維持一個(gè)較高的水平并且實(shí)現(xiàn)最小開(kāi)銷路徑。
[0007] 本發(fā)明的基于最小開(kāi)銷路徑的移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)多播路由方法，源節(jié)點(diǎn)生成一個(gè)帶有 預(yù)算延時(shí)的數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包按照如下步驟被交付：
[0008] 步驟1，節(jié)點(diǎn)s為攜帶數(shù)據(jù)包的源節(jié)點(diǎn)或中繼節(jié)點(diǎn)，當(dāng)攜帶數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)s遇到節(jié)點(diǎn) ^時(shí)，節(jié)點(diǎn)s和節(jié)點(diǎn)Vl交換各自的與其他節(jié)點(diǎn)相遇的相遇頻率表，如果 Vl為該數(shù)據(jù)包的目的 節(jié)點(diǎn)之一，則節(jié)點(diǎn)S將該數(shù)據(jù)包交付給節(jié)點(diǎn)Vi，等待與下一個(gè)節(jié)點(diǎn)相遇，重復(fù)上述步驟;若Vi 不是該數(shù)據(jù)包的目的節(jié)點(diǎn)，則判斷此時(shí)數(shù)據(jù)包的預(yù)算延時(shí)是否為0,若該數(shù)據(jù)包的預(yù)算延時(shí) 為0，則方法結(jié)束，若該數(shù)據(jù)包的預(yù)算延時(shí)不為0，則轉(zhuǎn)入步驟2;
[0009]步驟2,節(jié)點(diǎn)s將數(shù)據(jù)包的目的節(jié)點(diǎn)信息發(fā)送給節(jié)點(diǎn)^，節(jié)點(diǎn)s基于相遇頻率表信息 計(jì)算從節(jié)點(diǎn)s到包括所有目的節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的目的節(jié)點(diǎn)集的滿足服務(wù)質(zhì)量的多播樹(shù)，節(jié)點(diǎn)^基 于相遇頻率表信息計(jì)算由節(jié)點(diǎn)^到包括所有目的節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的目的節(jié)點(diǎn)集的滿足服務(wù)質(zhì)量 的多播樹(shù);節(jié)點(diǎn)s比較兩個(gè)多播樹(shù)的路徑開(kāi)銷，如果節(jié)點(diǎn) Vl的多播樹(shù)的路徑開(kāi)銷大于或等于 節(jié)點(diǎn)s的多播樹(shù)的路徑開(kāi)銷，則節(jié)點(diǎn)s攜帶數(shù)據(jù)包等待與其他節(jié)點(diǎn)相遇，當(dāng)遇到其他節(jié)點(diǎn)時(shí)， 按照步驟1和步驟2的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)交付;如果節(jié)點(diǎn)^的多播樹(shù)的路徑開(kāi)銷小于節(jié)點(diǎn)s的多 播樹(shù)的路徑開(kāi)銷，則節(jié)點(diǎn)^為中繼節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)s將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給節(jié)點(diǎn) Vl，節(jié)點(diǎn)^依照步驟1和 步驟2的方法交付數(shù)據(jù)包，直到將該數(shù)據(jù)包被交付給所有目的節(jié)點(diǎn)或該數(shù)據(jù)包的預(yù)算延時(shí) 為0,方法結(jié)束。
[0010] 進(jìn)一步地，所述步驟2中，節(jié)點(diǎn)X到包括所有目的節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的目的節(jié)點(diǎn)集的滿足服 務(wù)質(zhì)量的多播樹(shù)的獲取方法包括如下子步驟，其中，節(jié)點(diǎn)X為節(jié)點(diǎn)s或節(jié)點(diǎn) Vl;
[0011] 步驟2.1，獲取節(jié)點(diǎn)X到目的節(jié)點(diǎn)cU的滿足服務(wù)質(zhì)量的最小開(kāi)銷路徑，具體包括如 下子步驟：
[0012]步驟2.1.1，采用Di jkstra算法獲得從節(jié)點(diǎn)X到目的節(jié)點(diǎn)di的兩條路徑：最小開(kāi)銷 路徑xaia2'"di和最高服務(wù)質(zhì)量路徑xbib2…di;
[0013] 步驟2.1.2,從節(jié)點(diǎn)X出發(fā)，如果經(jīng)過(guò)ai到達(dá)cU滿足服務(wù)質(zhì)量要求，則選擇&1作為下 一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，否則選擇bi作為下一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)；
[0014] 步驟2.1.3,將X更新為步驟2.1.2確定的中繼節(jié)點(diǎn)，然后按照步驟2.1.1~步驟 2.1.2繼續(xù)確定下一個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)，直到節(jié)點(diǎn)X到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)di，獲得節(jié)點(diǎn)X到di的滿足服務(wù)質(zhì) 量的最小開(kāi)銷路徑，該滿足服務(wù)質(zhì)量的最小開(kāi)銷路徑即為X到cU的假樹(shù)；
[0015]步驟2.2,按照步驟2.1的方法，分別獲得節(jié)點(diǎn)X到其他目標(biāo)節(jié)點(diǎn)d2、d3、···、d N的假 樹(shù);其中，N為該數(shù)據(jù)包的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的總個(gè)數(shù)；
[0016]步驟2.3,以節(jié)點(diǎn)X到目的節(jié)點(diǎn)di的假樹(shù)為當(dāng)前假樹(shù)，計(jì)算各剩余目的節(jié)點(diǎn)到當(dāng)前 假樹(shù)的輻射率Rd:
[0018] 其中，Φ為當(dāng)前包含所有剩余目的節(jié)點(diǎn)的目的節(jié)點(diǎn)集，d是待加入當(dāng)前假樹(shù)的目的 節(jié)點(diǎn)，g為目的節(jié)點(diǎn)i到當(dāng)前假樹(shù)Td的距離，目的節(jié)點(diǎn)i為排除了節(jié)點(diǎn)d之后的剩余目的節(jié) 占 .
[0019] 步驟2.4,選擇福射率Rd最小的目的節(jié)點(diǎn)，將節(jié)點(diǎn)X到該目的節(jié)點(diǎn)的滿足服務(wù)質(zhì)量 的最小開(kāi)銷路徑加入到當(dāng)前假樹(shù)Td中，更新假樹(shù)，并將該目的節(jié)點(diǎn)從節(jié)點(diǎn)集Φ中剔除；
[0020] 步驟2.5，重復(fù)步驟2.3~步驟2.4，依次將節(jié)點(diǎn)X到剩余目的節(jié)點(diǎn)的滿足服務(wù)質(zhì)量 的最小開(kāi)銷路徑加入到當(dāng)前假樹(shù)中，獲得最終的假樹(shù);最終的假樹(shù)即為節(jié)點(diǎn)X到目的節(jié)點(diǎn)集 的滿足服務(wù)質(zhì)量的多播樹(shù)。
[0021] 進(jìn)一步地，所述步驟2.3中，目的節(jié)點(diǎn)i到當(dāng)前假樹(shù)Td的距離的獲取方法如下:產(chǎn)生 一個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)，該虛擬節(jié)點(diǎn)滿足如下條件:該虛擬節(jié)點(diǎn)通過(guò)虛擬邊與當(dāng)前假樹(shù)上的各個(gè)節(jié) 點(diǎn)相連接，且每個(gè)虛擬邊的開(kāi)銷為零;則目的節(jié)點(diǎn)i到當(dāng)前假樹(shù)Td的距離即為目的節(jié)點(diǎn)i到 虛擬節(jié)點(diǎn)的距離;其中，目的節(jié)點(diǎn)i到虛擬節(jié)點(diǎn)的距離由Dijkstra算法確定。
[0022] 有益效果：
[0023]本發(fā)明所提出的基于最小開(kāi)銷路徑的移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)多播路由方法，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中節(jié) 點(diǎn)相遇的歷史信息來(lái)刻畫(huà)網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)集的滿足服務(wù)質(zhì)量的多播樹(shù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中 兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相遇后通過(guò)比較其到目的節(jié)點(diǎn)集的滿足服務(wù)質(zhì)量的多播樹(shù)的路徑開(kāi)銷進(jìn)行路由 選擇，使得網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包傳遞成功率維持一個(gè)較高的水平并且實(shí)現(xiàn)最小開(kāi)銷路徑。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為本發(fā)明方法流程圖。
[0025]圖2為本發(fā)明多播樹(shù)的建立示意。
[0026] 圖3為本發(fā)明虛擬節(jié)點(diǎn)的建立示意。
[0027] 圖4為本發(fā)明滿足服務(wù)質(zhì)量的最小路徑開(kāi)銷的單路徑的建立示意。
[0028]圖5為本發(fā)明路由算法與其他DTN路由算法的Cost性能分析。
[0029]圖6為本發(fā)明路由算法與其他DTN路由算法的Delivery Ratio性能分析。
[0030]圖7為本發(fā)明路由算法與其他DTN路由算法的De lay性能分析。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0032] 本發(fā)明提供了一種基于最小開(kāi)銷路徑的移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)多播路由方法，重點(diǎn)關(guān)注對(duì) 于移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系的刻畫(huà)，利用節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系決定路由轉(zhuǎn)發(fā)策略， 具體的，根據(jù)移動(dòng)隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的相遇歷史信息來(lái)刻畫(huà)網(wǎng)絡(luò)中源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)集的 滿足服務(wù)質(zhì)量的多播樹(shù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相遇后通過(guò)比較其到目的節(jié)點(diǎn)集的滿足服務(wù)質(zhì) 量的多播樹(shù)的路徑開(kāi)銷進(jìn)行路由選擇，使得網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)包傳遞成功率維持一個(gè)較高 的水平并且實(shí)現(xiàn)最小開(kāi)銷路徑。
[0033] 首先，對(duì)于新生成的數(shù)據(jù)包，其從源節(jié)點(diǎn)s到目的節(jié)點(diǎn)d傳遞均需服從以下原則:源 節(jié)點(diǎn)新生成的數(shù)據(jù)包中包含一個(gè)延時(shí)預(yù)算，該延時(shí)預(yù)算的初始值為一個(gè)根據(jù)該數(shù)據(jù)需要延 時(shí)的時(shí)間而預(yù)設(shè)的一個(gè)自然數(shù)n，表示其還可以生存的時(shí)間，該值會(huì)隨著真實(shí)時(shí)間的推移而 減小，當(dāng)延時(shí)預(yù)算減小到0時(shí)，攜帶該數(shù)據(jù)包的節(jié)點(diǎn)就將該數(shù)據(jù)包丟棄。例如某優(yōu)惠券的有 效期為30天，則該新生成的優(yōu)惠券數(shù)據(jù)包中預(yù)設(shè)的延時(shí)預(yù)算即為30天，30天后，攜帶該優(yōu)惠