[发明专利]一种基于时间表的DTN机会预测路由方法

摘要

本发明公开了一种基于时间表的容迟容断网络(DTN)机会预测路由方法，在研究现有容迟容断网络路由机制的基础上，针对战场特殊环境和移动车队的特点设计了集结‑展开移动模型和基于时间表的机会预测DTN路由算法及缓存管理策略，能够根据移动节点活动时间表预测节点的物理位置和节点之间相遇的机率，进而做出优化的信息转发决策，使得在战场环境高延时、链路频繁中断的条件下能够保持网络通信畅通，提高信息传输的可靠性、数据吞吐量并减少投递时延，从而增强战场环境下DTN通信网络的生存能力。

主权项

1.一种基于时间表的DTN机会预测路由方法，其特征在于，包括如下内容：(1)基于时间表的集结‑展开移动模型设计在集结‑展开模型的基础上引入行动计划表即时间表，节点按照计划安排的时间、路线依次完成集结和展开等活动，并将此移动模型称为基于时间表的集结‑展开移动模型；其中，时间表规定了节点进行集结或展开活动的地理坐标、活动半径及时间信息；每个节点组遵循一个时间表，组内节点在规定的时间段到达指定地点，然后按照集结或展开模式在指定半径内独立随机移动，经过一段由时间表指定的时间以后，集体前往下一个活动地点；在指定的地域内活动时，各节点的移动是独立随机的，呈现个体性，而在指定地域之间的转场以及活动时间的控制上，每组节点的移动呈现出整体性；在活动地域之间转场时，节点按照地图上的最短路径移动；在展开地域，节点的移动遵循随机路点模型；在集结地域，每个节点有一个属于自己的位置；(2)DTN时变网络模型在图论中引入一个时间参量，将DTN网络抽象为一张随时间不断演化的时空图；考虑时间参量的DTN网络拓扑关系可以表示为：G(t)＝(V(t),E(t))；其中，V表示网络节点，E表示节点关联关系，t是时间参量；在动态演进网络G(t)中，通过采取存储‑携带‑转发或存储‑等待‑转发的方式，可以基于数据分段传输来实现数据的端到端传输；(3)基于时间表的相遇机会预测DTN路由算法在基于时间表的集结‑展开移动模型中，节点之间的相遇机会可以通过时间表进行预测；在基于时间表的集结‑展开移动模型中，基于相邻节点各自与消息目的节点的相遇机会预测信息作为消息转发决策依据，将消息发给或保留在与其目的节点有较早相遇机会的节点上，从而更有可能利用潜在的优质异步转发路径，提高消息的投递率，降低投递时延；为了减少节点缓存占用，提高网络性能，基于机会预测的路由算法借鉴喷射等待(SprayAndWait)路由采用的有限副本机制，进一步减少副本消息转发的数量，从而对路由转发过程进行优化，其中基于机会预测的DTN路由算法的消息投递过程主要包括以下三个阶段：(31)消息生成阶段当节点的上层应用产生一个消息交给路由层投递时，路由层先将消息存储在缓存中，并为它产生N个副本；N为系统的配置参数，如取网络中节点总数的10％；实际上，路由层并非真实产生N个消息副本，而是为消息设置一个属性来记录其当前副本数；(32)消息副本喷射阶段设节点A持有消息m的n个副本，且n>1；当节点A与某节点B相遇时，如果B无消息m的副本，则A向B传递(喷射)x个副本，A保留剩余的(n–x)个副本；x的值由以下方法决定：设A所在节点组与目的节点D所在节点组最早可能相遇的时间为t_e1；相遇后交叠活动时间(两组节点活动面积存在交叠区域的时间)为t_d1；相遇时A所在节点组的活动面积为area_A，D所在节点组的活动面积为area_D，area_A和area_D的交叠面积为area1；设B所在节点组与目的节点D所在节点组最早可能相遇时间为t_e2，相遇后交叠活动时间为t_d2；相遇时B所在节点组的活动面积为area_B，D所在节点组的活动面积为area_D，两者的交叠面积为area2；当前时间设为t_now；先分别计算节点A、节点B与目的节点D的相遇机会权重：接下来，根据t_A、t_B可计算节点A将一个消息副本转发给节点B的概率p＝t_B/(t_A+t_B)；最后，得到服从以n，p为参数的二项式分布的随机变量即为所求转发副本数x；相遇机会权重是对节点A、B与消息目的节点下一次相遇机会的相对优劣进行衡量，最终由两者比值决定转发复本数；从时间角度看，相遇时间越早、交叠活动时间越长，相遇机会越占优，越应该持有更多消息副本；但交叠活动面积对相遇机会优劣的影响并非如此直接，需要综合考虑交叠面积和各组活动地域的总面积；对于节点A，交叠面积area1与组活动地域面积area_A的比值反映了节点A在交叠区域内活动的概率，值越大A与目的节点相遇机会越大；另一方面，由于通信半径的限制，当节点与目的节点同在交叠区域内活动时，相遇机会又会随交叠面积的增大而降低；根据以上分析，将相遇机会权重计算为一个乘积，分别反映时间和交叠面积对相遇机会造成的影响；对于t_A，t_e1为绝对时间表示的最早可能相遇时间，减去t_now后表示从当前时间算起还要过多久才有可能相遇，t_d2为交叠活动时间，因此乘积前的部分反映了相遇时间的影响；乘积后的部分等于节点A和目的节点同时在交叠地域活动的概率，除以交叠面积，反映了交叠面积对相遇机会的影响；(33)单副本趋近阶段设节点A持有消息m的n个副本，且n＝1；当节点A与某节点B相遇时，如果B无消息m的副本且满足以下条件，则A将自己的消息副本交给B，并从缓存中删除该消息：节点A与目的节点D不在同一组，而节点B与消息目的节点D在同一组，或节点B与D的预期相遇时间早于A与D的预期相遇时间。