一種基于最小開銷路徑的移動隨機網絡多播路由方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及計算機網絡技術領域，具體涉及一種基于最小開銷路徑的移動隨機網 絡多播路由方法。
【背景技術】
[0002] 移動隨機網絡是利用移動設備間的隨機鏈接進行設備與設備之間的通信，其節點 (移動設備)是流動(移動）的，網絡部署稀疏，其網絡連接是間斷的、非決定性的，由節點之 間隨機的相遇決定的，網絡構成不穩定。由于移動隨機網絡能夠提供無縫、高質量的無線接 入能力，在無線蜂窩網絡下的移動隨機通信被看作是下一代無線通信系統的關鍵技術。
[0003] 移動隨機網絡通常在由經常性交互的參與者組成的本地群體中產生。比如生活在 都市中的鄰居，學校中學習的學生，或者是瀏覽名勝古跡的游客。它的網絡尺寸可以大到一 個大學，也可以小到由幾個成員組成的樂隊。它可以像一個社區一樣存在多年，也可以持續 短到幾小時，比如由一群游客組成的社交網絡。一個單獨的移動隨機網絡在參與者的數量， 社交連接數，以及社交媒介的數量上與在線社交網絡是無法比較的。但是，從對在線社交網 絡的補充和加強，以及有效支持基于本地社區的ad hoc社交網絡方面考慮，移動隨機網絡 具有非常重要的價值。
[0004] 有效的多播對于支持移動隨機網絡的各種應用是必不可少的。在一個多播事件 中，源節點意圖傳遞數據到一系列目的節點。移動隨機網絡中的每一個節點可以是源節點 或者是目的節點或者是兩者都是。多播的數據可以有多種類別，包括廣告、優惠卷、產品介 紹或者邀請函等。雖然長數據延時在移動隨機網絡中是不可避免的，但是這種端到端的傳 輸延時在很多應用中是高度渴望的。比如，廣告的散布必須滿足其延時不超過其過期日期。 除了延時限制這種服務質量，本發明還提出在移動隨機網絡中最小化通信開銷。
[0005] 現有的容延時網絡(DTN)路由算法，如l)Direct Delivery:數據包直接從源節點 發送到目的節點；2)Epidemic :數據包通過Epidemic算法傳遞到目的節點；SWocial-Aware : 根據基于社交屬性的 指標來選擇中 繼節點將數據包傳遞到目的 節點； 4 ) Centralized:節點根據自己建立的多播樹進行數據傳輸，這四種方法的數據包傳遞開銷均 較大，且數據傳輸率較低，延時性能高。
【發明內容】
[0006] 有鑒于此，本發明提供了一種基于最小開銷路徑的移動隨機網絡多播路由方法， 能夠使得網絡中的節點數據包傳遞成功率維持一個較高的水平并且實現最小開銷路徑。
[0007] 本發明的基于最小開銷路徑的移動隨機網絡多播路由方法，源節點生成一個帶有 預算延時的數據包，該數據包按照如下步驟被交付：
[0008] 步驟1，節點s為攜帶數據包的源節點或中繼節點，當攜帶數據包的節點s遇到節點 ^時，節點s和節點Vl交換各自的與其他節點相遇的相遇頻率表，如果 Vl為該數據包的目的 節點之一，則節點S將該數據包交付給節點Vi，等待與下一個節點相遇，重復上述步驟;若Vi 不是該數據包的目的節點，則判斷此時數據包的預算延時是否為0,若該數據包的預算延時 為0，則方法結束，若該數據包的預算延時不為0，則轉入步驟2;
[0009]步驟2,節點s將數據包的目的節點信息發送給節點^，節點s基于相遇頻率表信息 計算從節點s到包括所有目的節點在內的目的節點集的滿足服務質量的多播樹，節點^基 于相遇頻率表信息計算由節點^到包括所有目的節點在內的目的節點集的滿足服務質量 的多播樹;節點s比較兩個多播樹的路徑開銷，如果節點 Vl的多播樹的路徑開銷大于或等于 節點s的多播樹的路徑開銷，則節點s攜帶數據包等待與其他節點相遇，當遇到其他節點時， 按照步驟1和步驟2的方法進行數據交付;如果節點^的多播樹的路徑開銷小于節點s的多 播樹的路徑開銷，則節點^為中繼節點，節點s將數據包轉發給節點 Vl，節點^依照步驟1和 步驟2的方法交付數據包，直到將該數據包被交付給所有目的節點或該數據包的預算延時 為0,方法結束。
[0010] 進一步地，所述步驟2中，節點X到包括所有目的節點在內的目的節點集的滿足服 務質量的多播樹的獲取方法包括如下子步驟，其中，節點X為節點s或節點 Vl;
[0011] 步驟2.1，獲取節點X到目的節點cU的滿足服務質量的最小開銷路徑，具體包括如 下子步驟：
[0012]步驟2.1.1，采用Di jkstra算法獲得從節點X到目的節點di的兩條路徑：最小開銷 路徑xaia2'"di和最高服務質量路徑xbib2…di;
[0013] 步驟2.1.2,從節點X出發，如果經過ai到達cU滿足服務質量要求，則選擇&1作為下 一個中繼節點，否則選擇bi作為下一個中繼節點；
[0014] 步驟2.1.3,將X更新為步驟2.1.2確定的中繼節點，然后按照步驟2.1.1~步驟 2.1.2繼續確定下一個中繼節點，直到節點X到達目的節點di，獲得節點X到di的滿足服務質 量的最小開銷路徑，該滿足服務質量的最小開銷路徑即為X到cU的假樹；
[0015]步驟2.2,按照步驟2.1的方法，分別獲得節點X到其他目標節點d2、d3、···、d N的假 樹;其中，N為該數據包的目標節點的總個數；
[0016]步驟2.3,以節點X到目的節點di的假樹為當前假樹，計算各剩余目的節點到當前 假樹的輻射率Rd:
[0018] 其中，Φ為當前包含所有剩余目的節點的目的節點集，d是待加入當前假樹的目的 節點，g為目的節點i到當前假樹Td的距離，目的節點i為排除了節點d之后的剩余目的節 占 .
[0019] 步驟2.4,選擇福射率Rd最小的目的節點，將節點X到該目的節點的滿足服務質量 的最小開銷路徑加入到當前假樹Td中，更新假樹，并將該目的節點從節點集Φ中剔除；
[0020] 步驟2.5，重復步驟2.3~步驟2.4，依次將節點X到剩余目的節點的滿足服務質量 的最小開銷路徑加入到當前假樹中，獲得最終的假樹;最終的假樹即為節點X到目的節點集 的滿足服務質量的多播樹。
[0021] 進一步地，所述步驟2.3中，目的節點i到當前假樹Td的距離的獲取方法如下:產生 一個虛擬節點，該虛擬節點滿足如下條件:該虛擬節點通過虛擬邊與當前假樹上的各個節 點相連接，且每個虛擬邊的開銷為零;則目的節點i到當前假樹Td的距離即為目的節點i到 虛擬節點的距離;其中，目的節點i到虛擬節點的距離由Dijkstra算法確定。
[0022] 有益效果：
[0023]本發明所提出的基于最小開銷路徑的移動隨機網絡多播路由方法，根據網絡中節 點相遇的歷史信息來刻畫網絡中源節點到目的節點集的滿足服務質量的多播樹，當網絡中 兩個節點相遇后通過比較其到目的節點集的滿足服務質量的多播樹的路徑開銷進行路由 選擇，使得網絡中的節點數據包傳遞成功率維持一個較高的水平并且實現最小開銷路徑。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明方法流程圖。
[0025]圖2為本發明多播樹的建立示意。
[0026] 圖3為本發明虛擬節點的建立示意。
[0027] 圖4為本發明滿足服務質量的最小路徑開銷的單路徑的建立示意。
[0028]圖5為本發明路由算法與其他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為本發明路由算法與其他DTN路由算法的De lay性能分析。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。
[0032] 本發明提供了一種基于最小開銷路徑的移動隨機網絡多播路由方法，重點關注對 于移動隨機網絡中各個節點之間的關系的刻畫，利用節點之間的關系決定路由轉發策略， 具體的，根據移動隨機網絡中各節點的相遇歷史信息來刻畫網絡中源節點到目的節點集的 滿足服務質量的多播樹，當網絡中兩個節點相遇后通過比較其到目的節點集的滿足服務質 量的多播樹的路徑開銷進行路由選擇，使得網絡中的節點數據包傳遞成功率維持一個較高 的水平并且實現最小開銷路徑。
[0033] 首先，對于新生成的數據包，其從源節點s到目的節點d傳遞均需服從以下原則:源 節點新生成的數據包中包含一個延時預算，該延時預算的初始值為一個根據該數據需要延 時的時間而預設的一個自然數n，表示其還可以生存的時間，該值會隨著真實時間的推移而 減小，當延時預算減小到0時，攜帶該數據包的節點就將該數據包丟棄。例如某優惠券的有 效期為30天，則該新生成的優惠券數據包中預設的延時預算即為30天，30天后，攜帶該優惠