基於節點位置預測的dtn網絡異步路由算法的製作方法
2023-10-05 04:15:44
專利名稱：基於節點位置預測的dtn網絡異步路由算法的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種延遲容斷網絡(DTN)的路由算法，主要是一種基於節點位置預測的DTN網絡異步路由算法，屬於無線通信網絡領域。
二
背景技術：
延時容斷網絡(Delay/DisruptionTolerant Networking,DTN)是Kevin Fall 博士於2003年在原有通信體制(TCP/IP)不能很好地發揮效能的情況下而提出的一種新思想，用於解決某些受限環境下的網絡連接問題。在這些受限環境中，傳統網絡的基本假設常常被或多或少的破環了，如陸地移動環境中，端到端的鏈路經常被中斷；衛星通信/深空通信的最大往返時間可能要長達幾秒鐘或幾分鐘甚至更長；軍事通信會受到強烈的電磁幹擾，使得鏈路質量很差，系統丟包率要上升幾個量級；另外無線傳感器網絡、應急通信網絡等特殊場景下終端的能量、發送功率、待機時間嚴重受限。DTN網絡是一種通用的容忍中斷延遲的、面向消息的、基於捆綁層的覆蓋式體系結構，簡稱延時中斷容忍網絡或延時容斷網絡。基於TCP/IP協議的Internet網絡已經在互聯全球異構網絡上取得了巨大的成功，為一系列面向Internet網絡的應用協議提供了廣泛的服務，包括端到端的數據交付、 可靠的雙向數據流和信息交付、基於策略的聚集路由發現以及數據共享。但是，這些協議的良好運行都是基於一定的前提條件，如穩定的端到端連接、端到端的可靠數據傳輸、較低的傳輸延遲和差錯率。而戰術電臺的通信環境往往是山區、戰場、城市等受限網絡環境，經常受到地形、天氣和電磁幹擾等因素的影響。在這些環境下，通信常常因各種因素影響而產生中斷，從而導致數據丟失或通信斷鏈。戰術電臺之間的通信是建立在通信終端之間始終有通信路由的基礎之上的，但對於受限網絡環境，情況要艱難得多。通信終端之間的路由並不穩定，如在戰場環境下，部隊或戰士通信所用的無線信號都比較靠近地面，十幾米高的小坡或建築物就可能對通信造成影響，使通信鏈路不穩或被迫中斷，這可能造成重要信息丟失甚至無法通信，給部隊帶來巨大的損失甚至生死的考驗。DTN網絡的獨特性就在於不論是否存在穩定的端到端連接，都能可靠地收發數據。 針對戰術電臺組網現狀，採用DTN技術，使每個通信節點都有存儲功能，並能於再次連通時把保存的信息發送出去，這種能力在戰鬥或重大災難中可能成為致勝的關鍵。對DTN異步路由算法技術展開研究，在確保戰術電臺原有通信效能的同時，提高電臺的連通能力和通信可靠性，增強戰術電臺在受限網絡環境下的通信能力。
三
發明內容
本發明的目的在於提供一種基於節點位置預測的DTN網絡異步路由算法，使得 DTN網絡能夠應對各種複雜的通信環境，增強路由選擇的可靠性和有效性，提高整個通信網絡的通信性能。一種基於節點位置預測的DTN網絡異步路由算法，具體步驟包括
a)源節點S向目的節點D發送報文，報文中標明了目的節點名稱、源節點名稱、發送序號、發送時間以及地理位置；b)如果源節點S的輻射範圍內的節點收到信息，則首先驗證該節點是否是目的節點，如果是，就轉到步驟e)；c)如果該節點不是目的節點，則判斷目的節點是否處於該節點的轉發範圍，如果目的節點處於該節點的轉發範圍內，則向目的節點轉發，轉到步驟e);如果目的節點不處於該節點的轉發範圍內，則進一步判斷轉發路徑上有中間節點，如果沒有中間節點，則接收此報文並進行存儲轉發；d)如果目的節點不在轉發範圍內，或轉發路徑上沒有中間節點，則以預定概率 P (O < P < I)接收存儲報文，返回步驟b)；e)如果目的節點接收報文，則返回確認信息，數據傳輸成功；如果目的節點不接收報文，則直接丟棄報文。所述步驟c)中，轉發路徑的判斷是以轉發節點與目的節點之間的地理位置為準， 在本節點到目的節點的方向上下俯仰a (OS α <45° )角範圍之內有中間節點時，認定轉發路徑上有節點，若沒有或超出這個範圍，則認為轉發路徑上沒有節點。所述步驟d)中，節點在接收存儲報文後，進行隨機移動，然後執行「存儲-攜帶-轉發」的路由方式向其它節點方向運動。本方法的理論依據說明如下異步路由算法路由算法(Routing Algorithm) 一直是網絡通信的一項關鍵技術,它負責確定一個進來的分組應該被傳送到哪一條輸出線路上，以實現將分組從信源經選定的路由發送到信宿節點。DTN網絡與傳統網絡相比又具有特有的屬性和要求，具體對比如圖I、圖2所示。相對於傳統網絡的路由方式，DTN網絡路由方式的主要特點在於a)傳統網絡是基於端到端的方式進行路由轉發的，在鏈路創建的一段時間內，整條鏈路認為是保持靜態不變的，而DTN網絡的路由轉發是基於逐跳的方式，即在收發過程中不能保證整條鏈路的持久可靠。b)傳統網絡信息的路由轉發基本上是在同步或準同步的情況下進行的，而DTN網絡的顯著特點就是允許在異步條件下進行信息的路由轉發。c)傳統網絡路由信息的獲得僅僅是基於當前網絡狀態，不考慮網絡的歷史狀態和未來狀態，而DTN網絡由於不能保證實時同步，路由信息的獲得就不僅要依據當前狀態，還要依據歷史信息和當前信息預測出將來可能出現的網絡狀態，選擇可靠性高的路徑進行轉發。d)傳統網絡的路由可以抽象為一張靜止同步圖，而DTN網絡由於要考慮網絡的歷史狀態和未來狀態，可以看作是一張時變動態圖。e)傳統網絡的路由算法在分析運算查找之後，一般只是給出特定原則下的一條最優路徑，然後將數據依此轉發，而DTN網絡則要考慮網絡的隨機中斷和可變延時特性，結合保管傳輸和存儲轉發等機制，綜合分析各條鏈路的可靠性和穩定性，給出一組可選路由，進行可靠轉發。DTN網絡模型
如何從理論上對DTN網絡進行描述和刻畫，一直是DTN網絡研究的關鍵問題。國際上一些學者進行了有益的嘗試和驗證，提出了基於高維歐式空間的移動模型和基於概率空間的數學模型。對DTN網絡的抽象模擬，最大的問題是鏈路狀態以及網絡狀態都會隨時間不斷變化，這使得傳統的圖論難以進行準確描述，需額外增加時間參數進行描述。把整個 DTN網絡抽象為一張隨時間不斷演進的時空圖，如圖3所示，在傳統的圖論分析中加入一個時間參量，建立數學模型，然後進行研究分析驗證。a)時變網絡。通過在傳統圖論中加入時間參量，來表徵DTN網絡拓撲隨時間變化的特性，其拓撲關係可以表示為G(t) = (V(t),E(t))(I)其中V——網絡節點；E—節點聯繫；t-時間參量。如果對於外4 ,都有GU1) = G (t2)，則此網絡稱為靜態網絡；如果對於外A ,都有GU1)幸G (t2)，則此網絡是完全動態網絡；如果3 Γ使得GU1) =G(t2)，其中T= [t1; t2]，則G(t)為時變網絡。在這個網絡中，在一段時間內某些節點之間關係相對穩定，可以建立起一條端到端的路徑。b)動態演進網絡。對於給定的時變網絡G(t)以及時間序列T = t0, t1；…tk，其中ti=[t' pt"」表示離散化的時間段。隨著時間的推進，整個網絡會不斷發生演化， 節點之間的聯繫也會發生變化，此時節點之間聯繫E也將是關於時間t的函數，並且產生一系列動態子圖Gsub = G1, G2, -,Gk(2)如果這些動態子圖滿足
權利要求
1.一種基於節點位置預測的DTN網絡異步路由算法，其特徵是步驟包括a)源節點S向目的節點D發送報文，報文中標明了目的節點名稱、源節點名稱、發送序號、發送時間以及地理位置；b)如果源節點S的輻射範圍內的節點收到信息，則首先驗證該節點是否是目的節點， 如果是，就轉到步驟e)；c)如果該節點不是目的節點，則判斷目的節點是否處於該節點的轉發範圍，如果目的節點處於該節點的轉發範圍內，則向目的節點轉發，轉到步驟e);如果目的節點不處於該節點的轉發範圍內，則進一步判斷轉發路徑上有中間節點，如果沒有中間節點，則接收此報文並進行存儲轉發；d)如果目的節點不在轉發範圍內，或轉發路徑上沒有中間節點，則以預定概率P(O < P < D接收存儲報文，返回步驟b)；e)如果目的節點接收報文，則返回確認信息，數據傳輸成功；如果目的節點不接收報文，則直接丟棄報文。
2.根據權利要求I所述的方法，其特徵是所述步驟c)中，轉發路徑的判斷是以轉發節點與目的節點之間的地理位置為準，在本節點到目的節點的方向上下俯仰 a (OS α <45° )角範圍之內有中間節點時，認定轉發路徑上有節點，若沒有或超出這個範圍，則認為轉發路徑上沒有節點。
3.根據權利要求I所述的方法，其特徵是所述步驟d)中，節點在接收存儲報文後，進行隨機移動，然後執行「存儲-攜帶-轉發」的路由方式向其它節點方向運動。
全文摘要
本發明涉及一種DTN網絡路由方法。DTN(Delay/Disruption Tolerant Networking)網絡是從星際網絡、衛星網絡、Ad Hoc網絡和傳感器網絡等受限網絡中抽象出來的一種特殊的網絡模型，其典型特徵是節點之間的鏈路延時很長或存在間歇性中斷。由於DTN網絡在受限網絡環境下具有明顯的技術優勢，目前已成為戰場通信、深空通信和應急通信等領域的研究熱點，其研究成果已經在一些領域得到了實際應用。研究了DTN網絡異步路由算法，對幾種典型算法進行了分析對比，指出了存在的主要問題。在此基礎上建立了DTN時變網絡模型和節點位置預測模型，提出了基於節點位置預測的路由算法，並通過仿真驗證了該算法的合理性和有效性。
文檔編號H04L12/56GK102594698SQ20121006314
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月12日 優先權日2012年3月12日
發明者盧紫毅, 吳強, 張建照, 張金棟, 成潔, 範建華, 闞保強 申請人:中國人民解放軍總參謀部第六十三研究所