一種容遲容斷網絡的路由算法制造技術

本發明專利技術提供一種容遲容斷網絡（DNT）的EDHO路由算法，特別針對基于知識預測的路由算法進行了設計，該算法共包括４個步驟：１）歷史規律預測知識庫的建立；２）節點連接可靠度RM的計算；３）選路指標WRM的計算；４）EDHO算法路由的建立和更新；其中歷史規律預測知識庫根據網絡拓撲信息構建，RM根據歷史規律預測知識庫進行計算，選路指標WRM由可靠度RM的值確定，而路由表根據選路指標進行建立和更新。該算法能優化DTN網絡中高連接間斷性引起的消息丟失問題。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于容遲容斷網絡（DTN）中的路由
，特別涉及一種容遲容斷網絡的路由算法，該算法基于知識預測，主要針對DTN網絡的高間斷性連接引起的路由失敗進行優化，致力于增加消息傳輸的成功率和路由可靠性。
技術介紹
在信息技術飛速發展的時代，網絡的誕生為人類社會帶來了前所未有的變革。在傳統的Internet網絡中，其節點保持端到端的持續連接，并且數據鏈路有一致的上行和下行信道速率，消息傳輸過程中保持高數據率、低誤碼率等，這類網絡的體系結構是以TCP/IP協議簇為基礎的，普遍適用于大部分的網絡應用。但隨著人們對信息獲取需求的日益增加，特別是近年來部署在極端環境下的挑戰性網絡，這類網絡經常是處于連接頻繁間斷、高延遲、上行和下行數據率不對稱、高誤碼率、高丟包率等狀態，并且網絡間經常是異構互連的，與傳統網絡的特點有很大的差異，這使得傳統的TCP/IP協議簇無法有效地應用在這種網絡中。例如，在深空通信中，由于衛星傳感器數量十分有限，其節點往往布置比較稀疏，難以構成網狀結構，容易造成網絡的割裂；布置在野生動物身上的傳感器，這些節點可構成移動傳感器網絡，這種情況會由于動物的移動導致某些傳感器節點距離太遠，導致被孤立，沒有可用的端到端連接；海洋、湖泊環境下的水聲傳感網，為了節省節點能量會讓節點在不工作的情況下處于休眠或者關閉的狀態，但這種情況容易造成無法連接的狀態。上述具有間歇連接、頻繁割裂、時延極高等特性的網絡稱為容遲容斷網絡(Delay?Tolerant?Network,簡稱DTN)。無論是傳統TCP/IP協議簇網絡還是DTN網絡，路由都是實現消息傳遞的關鍵技術，是全網間通信的保證，是提高網絡連接性的基礎。對于DTN網絡處于連接頻繁間斷、高延遲、上行和下行數據率不對稱、高誤碼率、高丟包率等狀態，并且節點性能低下，經常出現緩存不足，能量耗盡，不定期的的休眠或關閉的情況，節點間的連接往往無法保證永久存在，所以消息的傳遞通常需要依靠中繼節點，以存儲、保持、轉發的方式進行路由。因此，對于傳統Internet網絡的路由，其適用性已經不能滿足DTN網絡苛刻的條件，DTN網絡研究領域的一個重要問題就是路由問題，良好穩健的路由算法是提高DTN網絡消息轉發成功率、降低平均延遲和能量、提高網絡通信能力的重要因素。路由算法確定一條路徑與很多因素有關，如網絡動態拓撲的特征、節點能力等。這些因素可抽象成知識庫，這是對DTN網絡拓撲信息的一種量化的表示。相對完整的知識預測能夠找出最優化的路由，這種算法性能最好，但實現起來也很復雜，而不完整的知識預測找出的路由可能不是最優的，算法性能也不是最好的，但實現起來會比較簡單，本專利技術以先驗知識作為路由算法的輸入變量，研究知識與路由算法性能間的關系。DTN網絡的通信依靠的是節點通過路由算法對消息的轉發。每個消息包含4個要素，可用(u，v，t，m)表示，u表示源節點，v表示目的節點，t表示這個消息什么時刻進入這個網絡傳輸，m表示這個消息的大小，或者說是消息數據包所占的字節數，DTN網絡的消息大小不是固定的。按照知識庫的多寡與路由算法性能之間的關系，可以把知識庫分為四類：連接接觸概要預測知識庫、連接接觸預測知識庫、隊列預測知識庫、通信需求預測知識庫。連接接觸概要預測知識庫：這種知識預測提供的是網絡中所有節點連接的概要信息，例如任意兩個節點之間連接出現的情況，但提供的僅僅是全網的一種平均信息，或者說是所有節點連接的平均延遲。這種知識庫是對全網的概要預測，相關的算法只能以此來大概的計算出路徑，因此這種知識預測表示的是非時變特性，不能適用于時變的路由算法。連接接觸預測知識庫：這種知識庫比概要預測的更加具體，它不提供平均化水平的全網連接信息，而是把連接信息精確到了某個時刻，某兩個節點。這種知識庫提供的是時變的信息，如果通過該知識庫，能提前計算出未來某一時刻某兩節點之間的連接信息，那么該知識庫就可用于時變的路由算法。隊列預測知識庫：前兩種預測知識庫描述的兩節點間的連接狀況，隊列預測知識庫描述的節點本身的特性，描述的是節點緩存的隊列大小，可分為本地隊列預測和全局隊列預測。本地隊列預測只能提供消息所在節點的任意時刻的隊列信息，而網絡中其他節點的隊列信息無法獲取；全局隊列預測能提供網絡中任意節點任意時刻的隊列信息。還有一點要說明的是，這種知識庫不僅僅與網絡本身的特性有關，還與選擇的路由算法和傳送的消息有關。隊列預測知識庫分為本地隊列預測和全局隊列預測，前者只考慮本節點單獨的隊列信息，后者包括網絡中所有節點的隊列信息。通信需求預測知識庫：該預測知識庫涵蓋了任意時刻網絡中的通信需求信息，這些信息能把進入網絡中的消息根據特定的需求進行合理的安排，從而往往會得到一個最優最可靠的路由，但算法的計算方法很復雜，實現起來也比較困難。按知識庫的完備性可把路由算法分為三大類：零預測知識庫路由算法，部分預測知識庫路由算法，完全預測知識庫路由算法。零預測知識庫路由算法不采用任何預測知識庫的內容，這類算法實現起來十分容易，主要就是隨機的選擇一個可用連接進行路由轉發，它是DTN所有路由算法性能的一個最低下限。這類算法只有最先連接算法FC(First?Contact)，該算法沒用采用任何預測知識庫，它是一種逐跳路由算法，每個節點隨機從可用的連接接觸中選擇一個來轉發消息，如果某一時刻不存在可用的連接，消息會先保存在節點緩存中，一旦有連接出現則立即轉發。部分預測知識庫主要指的是連接接觸概要預測知識庫、連接接觸預測知識庫、以及隊列預測知識庫，或者是由它們的多種組合構成，但不包含通信需求預測知識庫。部分預測知識庫算法的基本思想是計算每條邊上的鏈路延遲，然后給每條邊的延遲設定一個權值，這些權值根據所選擇的知識庫的不同，可能是非時變的，也可能是時變的。路由算法選出一些延遲權值最小的邊，就能得出一條最短延遲路徑。所以計算邊權值是這類路由算法的核心，而算法所選擇的知識庫對權值的計算有著重要的影響，因為知識庫的預測信息量越多，計算的權值越符合實際網絡的情況。這類算法主要有最小預期延遲算法MED(Minimum?Expected?Delay)、最早傳遞算法ED(Earliest?Delivery)、考慮本地隊列的最早傳遞法EDLQ(Earliest?Delivery?with?Local?Queue)、考慮全局隊列的最早傳遞算法EDAQ(Earliest?Delivery?with?All?Queue)本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種容遲容斷網絡的EDHO路由算法，其特征在于，該算法共包括4個步驟：1）歷史規律預測知識庫的建立；2）節點連接可靠度RM的計算；3）選路指標WRM的計算；4）EDHO算法路由的建立和更新；其中歷史規律預測知識庫根據網絡拓撲信息構建，RM根據歷史規律預測知識庫進行計算，選路指標WRM由可靠度RM的值確定，而路由表根據選路指標進行建立和更新。

【技術特征摘要】
1.一種容遲容斷網絡的EDHO路由算法，其特征在于，該算法共
包括4個步驟：1）歷史規律預測知識庫的建立；2）節點連接可靠
度RM的計算；3）選路指標WRM的計算；4）EDHO算法路由的
建立和更新；其中歷史規律預測知識庫根據網絡拓撲信息構建，RM
根據歷史規律預測知識庫進行計算，選路指標WRM由可靠度RM的
值確定，而路由表根據選路指標進行建立和更新。
2.根據權利要求1所述的算法，其特征在于，所述步驟1）中歷
史規律預測知識庫根據遲容斷網絡的鏈路特性建立，以歷史規律信息
表格式保存在每個節點中，主要內容包括時間窗口W、在時間窗內本
節點與另一節點的連接次數、時間窗內每一次連接的起始時間、時間
窗內每一次連接的終止時間以及時間窗內每一次連接持續時間。
3.根據權利要求1所述的算法，其特征在于，所述步驟2）中節點
連接可靠度RM與時間窗口W內連接持續時間與連接間隔次數有關，
RM值越大表示節點可靠度越高，消息傳輸成功率越高。
4.根據權利要求3所述的算法，其特征在于，對于節點s和與另一
節點相連的邊e，在時間窗大小為W的情況下，t時刻兩節點的連接
可靠度RM(e，t，W，s)定義如下：
RM(e,t,W,s)...

【專利技術屬性】
技術研發人員：劉濤，唐路，
申請(專利權)人：北京科技大學，
類型：發明
國別省市：