容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法，該方法將節(jié)點活躍度因子加入到傳輸概率的預測之中，提出節(jié)點本身的活躍度NA的計算公式，通過權值α對NA和原始的PROPHET算法傳輸預測概率值進行加權，依據(jù)節(jié)點相遇歷史信息，以及節(jié)點在網(wǎng)絡中活躍程度，計算新的傳輸預測概率值，節(jié)點之間通過比較傳輸預測概率值的大小決定消息的轉發(fā)與否，利用生存時間TTL丟棄策略對緩存進行管理，仿真結果表明，NAPR算法的概率估計方法較PROPHET算法更為全面，產(chǎn)生的副本數(shù)較少，雖然導致消息的平均時延有所增加，但是NAPR算法降低了節(jié)點開銷率，提高了報文的遞交率。在未來工作中將進一步研究如何應對網(wǎng)絡中的擁塞問題。
【專利說明】容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明是一種在容遲移動傳感網(wǎng)(Delay Tolerant Mobile SensorNetworks, DTMSN)中基于節(jié)點活躍度的改進型概率路由方法，屬于延遲容忍傳感器網(wǎng)絡的概率路由算法領域。
【背景技術】
[0002]DTMSN屬于延遲容忍網(wǎng)絡(Delay Tolerant Networks, DTN)的范疇，DTN用于間歇連通的網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)。DTN技術近幾年被引入無線傳感器網(wǎng)絡，并且根據(jù)節(jié)點移動性的不同，可以把延遲容忍傳感器網(wǎng)絡(Delay Tolerant Sensor Networks, DTSN)分為傳感器節(jié)點靜止的網(wǎng)絡和節(jié)點運動的傳感器網(wǎng)絡。節(jié)點運動的傳感器網(wǎng)絡即容遲移動傳感網(wǎng)絡(Delay Tolerant Mobile Sensor Networks, DTMSN)。DTMSN 具有高延遲、低數(shù)據(jù)率、無穩(wěn)定的端到端連接、節(jié)點資源有限等特點，用于廣泛的數(shù)據(jù)收集，其通常由兩種節(jié)點組成:匯聚點和便攜的移動傳感器節(jié)點。其中，傳感器節(jié)點綁定在可移動的物體(如人、動物、車輛等)上，用于收集指定的信息，并形成稀疏的間斷連通的無線網(wǎng)絡，匯聚點位置固定或可移動，用來接收傳感器發(fā)來的數(shù)據(jù)，并能將數(shù)據(jù)轉發(fā)到骨干網(wǎng)絡的接入點。
[0003]在DTMSN中，隨機移動模型經(jīng)常被拿來研究，主要有:隨機路點移動模型(RandomWay-Point model, RWP)和隨機方向模型(Random Direction,RD)兩種。然而，在現(xiàn)實中，很多的傳感器節(jié)點的移動模式都不是完全隨機的，而往往是基于一種重復的模式在移動，是一種可以預見的移動方式，比如當某一個節(jié)點之前經(jīng)常出現(xiàn)在某個區(qū)域內(nèi)時，那么它再次出現(xiàn)在此區(qū)域內(nèi)的概率就會很大。通過這種現(xiàn)象，就可以得到概率路由，它是一種先驗式的路由，還是一種基于節(jié)點聯(lián)系和傳遞歷史的路由:根據(jù)節(jié)點間歷史相遇信息以及傳遞記錄，來提前預測節(jié)點可能的移動方式。概率路由中，每個節(jié)點各自維護一個概率表，這個概率表顯示網(wǎng)絡中任何兩個節(jié)點相遇的概率，也就是兩個節(jié)點之間傳遞報文的概率，這個表是動態(tài)變化的，隨著時間的推移，能夠動態(tài)地顯示節(jié)點間傳遞報文概率大小的變化。
[0004]LindgrenA 等人提出的 PROPHET (Probabilistic Routing Protocol usingHistory of Encounters and Transitivity)算法是一種典型的概率路由算法。利用節(jié)點相遇或投遞轉移歷史信息，估算每個節(jié)點成功投遞數(shù)據(jù)到目的節(jié)點的概率，即傳輸預測值(到達概率Delivery Predictability,DP)。兩個節(jié)點相遇時，除了互相交換報文列表外，還會交換節(jié)點傳輸報文的到達概率表。節(jié)點之間通過比較到達概率控制消息的轉發(fā)。PROPHET算法在一定程度上限制了消息副本數(shù)量，從而得到了近似于Epidemic算法的延遲，并大幅降低了資源消耗。然而，PROPHET算法僅通過到達目的節(jié)點的傳輸概率的高低來決定報文的轉發(fā)，具有一定的盲目性，概率的估計欠缺合理性，沒有考慮各節(jié)點本身的活躍度以及轉發(fā)時機問題。關于PROPHET算法也有一些改進措施，但是這些改進算法并沒有考慮到節(jié)點本身的活躍性對于傳輸預測值的影響，得到的概率的估計值欠缺合理性。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]技術問題:本發(fā)明針對上述問題，提出在計算傳輸預測值的過程中，利用節(jié)點活躍度因子和原始傳輸概率的預測因子的加權平均值作為新的傳輸預測值?；诖耍岢隽艘环N基于節(jié)點活躍度的改進型概率路由算法NAPR (Node Activity-based ProbabilisticRouting Algorithm),將節(jié)點活躍度因子加入到傳輸概率的預測之中。
[0006]技術方案:本發(fā)明的一種容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法是，將節(jié)點活躍度因子加入到傳輸概率的預測之中，提出節(jié)點本身的活躍度NA的計算公式，通過權值α對NA和原始的PROPHET算法傳輸預測概率值進行加權，依據(jù)節(jié)點相遇歷史信息，以及節(jié)點在網(wǎng)絡中活躍程度，計算新的傳輸預測概率值，節(jié)點之間通過比較傳輸預測概率值的大小決定消息的轉發(fā)與否，利用生存時間TTL丟棄策略對緩存進行管理，其步驟如下:
[0007]I)初始化:節(jié)點初始化自己的傳輸概率信息表，將所有節(jié)點的傳輸概率初始化為初始傳輸概率常量Pinit，Pinit在[0，I]之間取值，
[0008]2)計算各節(jié)點的節(jié)點活躍度:依據(jù)節(jié)點接觸過的節(jié)點數(shù)以及和上一個節(jié)點接觸時間，計算各節(jié)點本身的活躍度，
[0009]3)結合節(jié)點活躍度和相遇記錄，更新各節(jié)點傳輸預測概率值，
[0010]4)利用生存時間TTL丟棄策略進行隊列管理，當TTL小于等于O時，將消息從隊列中丟棄；當TTL大于O時，依據(jù)傳輸概率進行消息轉發(fā)。
[0011]所述的將節(jié)點活躍度因子加入到傳輸概率的預測之中，提出節(jié)點本身的活躍度NA的計算公式，節(jié)點本身的活躍度NA的計算公式定義如下:
[0012]NAi表示節(jié)點i的活躍度,NAi的大小與該節(jié)點所接觸過的其他節(jié)點的數(shù)量成正比，而和該節(jié)點與上一個節(jié)點接觸時間的長短成反比，即:
[0013]
【權利要求】
1.一種容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法，其特征在于將節(jié)點活躍度因子加入到傳輸概率的預測之中，提出節(jié)點本身的活躍度NA的計算公式，通過權值α對NA和原始的PROPHET算法傳輸預測概率值進行加權，依據(jù)節(jié)點相遇歷史信息，以及節(jié)點在網(wǎng)絡中活躍程度，計算新的傳輸預測概率值，節(jié)點之間通過比較傳輸預測概率值的大小決定消息的轉發(fā)與否，利用生存時間TTL丟棄策略對緩存進行管理，其步驟如下: .1)初始化:節(jié)點初始化自己的傳輸概率信息表，將所有節(jié)點的傳輸概率初始化為初始傳輸概率常量Pinit，Pinit在[0，I]之間取值， . 2)計算各節(jié)點的節(jié)點活躍度:依據(jù)節(jié)點接觸過的節(jié)點數(shù)以及和上一個節(jié)點接觸時間，計算各節(jié)點本身的活躍度， . 3)結合節(jié)點活躍度和相遇記錄，更新各節(jié)點傳輸預測概率值， . 4)利用生存時間TTL丟棄策略進行隊列管理，當TTL小于等于O時，將消息從隊列中丟棄；當TTL大于O時，依據(jù)傳輸概率進行消息轉發(fā)。
2.依據(jù)權利要求1所述的容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法，其特征在于所述的將節(jié)點活躍度因子加入到傳輸概率的預測之中，提出節(jié)點本身的活躍度NA的計算公式，節(jié)點本身的活躍度NA的計算公式定義如下: NAi表示節(jié)點i的活躍度,NAi的大小與該節(jié)點所接觸過的其他節(jié)點的數(shù)量成正比,而和該節(jié)點與上一個節(jié)點接觸時間的長短成反比，即:
3.依據(jù)權利要求1所述的容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法，其特征在于通過權值α對NA和原始的PROPHET算法傳輸預測概率值進行加權，具體描述如下: 傳輸預測概率值P (a, b):消息從節(jié)點A傳輸?shù)焦?jié)點B的傳輸概率參數(shù)，常把P (a, b)作為概率路由度量標準；節(jié)點之間的每次相遇都增加他們之間的概率值，相遇次數(shù)多的節(jié)點之間的概率值就高，這個概率值叫做傳遞概率，傳輸預測P(a，b)的取值有以下兩種情況: 情形1:當節(jié)點A和節(jié)點B相遇時:

4.依據(jù)權利要求書I所述的容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法，其特征在于利用生存時間TTL丟棄策略對緩存進行管理，具體描述如下: 基于報文的生存時間TTL丟棄策略考慮報文剩余的生存時間，每個報文在產(chǎn)生的時候，都有一個初始值的TTL，節(jié)點緩存中的報文按照其剩余生存時間排序，生存時間短的消息排在前面并得到優(yōu)先發(fā)送權，在這個報文每次被轉發(fā)時，TTL值不斷減小，直到TTL等于或小于O時，該報文會被自動丟棄，避免無限制得占用網(wǎng)絡資源。
5.依據(jù)權利要求書3所述的容遲移動傳感網(wǎng)中基于節(jié)點活躍度的改進概率路由方法，其特征在于節(jié)點之間的每次相遇都增加他們之間的概率值，相遇次數(shù)多的節(jié)點之間的概率值就高，也就是傳遞概率，具體描述如下: 若節(jié)點A常與節(jié)點B連接，而節(jié)點B又常與節(jié)點C連接，這就意味著可以認為節(jié)點C與節(jié)點A能夠以高成功率轉發(fā)消息，概率傳遞性可表示為:
P(a,c) = α X [P (a, c) old+(l-P (a, c) old) XP(a, b) XP(b, c) X β] + (1-α) X [ (NAb-NAa)+ (NAc-NAb)]化簡后得到:
P(a, c) = α X [P(a, c)old+(l-P(a, c)old) XP(a, b) XP(b, c) X β] + (1-α) X (NAc-NAa)(4) 其中，β e [Ο, I]為常量，是 傳遞影響因子，P(a，b)為節(jié)點A和節(jié)點B之間的傳輸預測概率值，類似地，P (b, c)為節(jié)點B和節(jié)點C之間的傳輸預測概率值，P (a, c)節(jié)點A和節(jié)點C之間的傳輸預測概率值。
【文檔編號】H04W40/02GK103561426SQ201310533854
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權日:2013年11月4日
【發(fā)明者】王堃, 張玉華, 高會, 孫雁飛, 吳蒙, 郭篁, 陳思光 申請人:南京郵電大學