[发明专利]移动社交网络中基于节点运动能量的数据转发方法

摘要

本发明公开了一种移动社交网络中基于节点运动能量的数据转发方法，首先建立了传染病在多群体中的传播模型，确定转发概率函数，并计算传递延迟和副本数量的理论值。随后，定义节点的运动能量为节点的速率和单位距离内遇到其他节点的个数。为了提高数据包的传递率、降低传递延迟，本发明提出速率差异下基于节点运动能量的数据转发方法MRSH。本发明使用消防队的真实运动轨迹数据进行实验仿真，结果表明理论值和实验值之间的误差很小，进一步验证了模型的正确性。与其它三个方法相比，本发明提出的方法明显提高了传递率，传递延迟也得到了很好的改进。

主权项

1.移动社交网络中基于节点运动能量的数据转发方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)、基于传染病在多群体中传播的动力学理论，建立基于网络节点移动速度差异的数据包传播模型，过程如下：设网络中所有的节点在一个固定的区域内活动，即区域面积不变；随着时间的变化，网络中节点的总数不变，记网络中普通节点的总数为N，目的节点数目为1，即N为常数；同时设没有新的节点进入网络中，即对应于传染病模型中的出生率和死亡率为0；将网络中的节点按照速度差异分为n类，同类节点速度相同；网络中节点的集合表示为R＝{I₁，…，I_n，S₁，…，S_n}，其中，I_i(1≤i≤n)表示第i类带包节点的数目，S_j(1≤j≤n)表示第j类不带包节点的数目；每类带包节点可以与不带包节点相遇，并且将数据包转发给不带包节点；然而节点的类型不同，相应的转发概率也不同，这是由相遇的两个节点类别决定的；当第i类带包节点遇到第j类不带包节点时，他们之间的转发概率记为p_i，j；转发概率p_i，j与节点的能量密切相关，带包节点倾向于将包传递给能量更高的不带包节点，当带包节点遇到能量更高的不带包节点时，带包节点一定会把包传递给不带包节点，否则带包节点将以一定的概率转发该数据包；当第i类带包节点遇到第j类不带包节点时，第i类带包节点将以概率p_ij转发数据包，p_ij的定义如下：其中E_i表示节点i的能量。在许多常见的运动模式中，节点相遇时间间隔呈指数递减，相遇时间间隔X近似服从指数分布：其中x表示节点相遇时间间隔，λ是指数分布的参数。第i类节点和第j类节点的相遇时间记为t_ij，因此，两类节点间的相遇概率β_ij为预期相遇时间间隔E(t_ij)的倒数：相遇概率β_ij衡量了两种节点间的相遇频率；根据相遇概率β_ij，建模如下：其中，I_i(t)表示t时刻i类中带包节点个数，S_i(t)表示t时刻i类中不带包节点个数，β_k，ip_k，iS_i(t)I_k(t)表示第i类不带包节点受到第k类带包节点感染后，转化为带包节点的转换速率；不妨假设源节点和目的节点属于第1类，当带包节点遇到目的节点时，一定会将数据包转发给目的节点，目的节点被感染后就会变成一个普通节点，因此β_k，iI_k(t)表示目的节点被k类带包节点感染后，转化为带包节点的转换速率；因此，公式(4)的含义是第1类中的不带包节点转化为带包节点的转换速率，记为同理，公式(5)的含义是第i类中的不带包节点转化为带包节点的转换速率，记为公式(6)表示节点总数为N+1；公式(7)和公式(8)给出了初始条件，假设源节点在第1类，它是初始时唯一的带包节点；公式(8)定义了每一类不带包节点的初始值；公式(9)的含义是初始时不带包节点的总数；(2)、根据步骤(1)建立的数据包传播模型，通过解微分方程来计算传递延迟和网络数据包拷贝数目，过程如下：令T_d为数据包传递延迟，即数据包从源节点第一次传递到目的节点的时间，将它的累积分布函数CDF记为P(t)＝Prob(T_d＜t)；让P_N(t)表示当系统中节点个数为N+1，即N个普通节点和1个目的节点，变量T_d的累积分布函数。根据前面假设知目的节点在第1类，那么第i类节点和目的节点的碰面概率就是β_t，1，则有：因此有：其中，I_i(t)(1≤i≤n)是上述模型的解，E(I_i(t))是I_i(t)的期望。则平均传递延迟为：其中P_N(t)可以从公式(11)得到；当数据包被转发到目的节点时，系统中数据包的平均拷贝数E[Cep]也可以推导出来，因为它与数据包被转发时系统中除了源节点外的受感染节点的平均数一致；对于所有的方案，除了基于计时器的方案外，当数据包被转发时，不包括复制到目的节点的拷贝数与系统中受感染节点的平均数减去1一致，因此：其中P′_N(t)表示P_N(t)的导数。(3)、建立速率差异下基于节点运动能量的数据转发方法MRSH，过程如下：定义移动社交网络中第i类节点的移动能量是第i类节点的速率v_i和第i类节点单位距离内遇到的其他节点的平均个数s_i的乘积，如下公式所示：E_i＝v_i×s_i             (14)若节点u是带包节点，节点w是不带包节点，令c(x)表示节点x的类别，则节点u的类别为c(u)，节点w的类别为c(w)；两个节点相遇时，首先判断节点w是否为目的节点，如果节点w是目的节点，则节点u将数据包直接转发给目的节点；否则，节点u将以一定的转发概率p_c(u)，c(w)将数据包转发给节点w，转发概率p_c(u)，c(w)可根据公式(1)计算得到。