機(jī)會(huì)群智感知網(wǎng)絡(luò)中態(tài)勢(shì)感知的自適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種機(jī)會(huì)群智感知網(wǎng)絡(luò)中態(tài)勢(shì)感知的自適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸方法，屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域。在該方法中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身情況以及網(wǎng)絡(luò)的歷史信息，估計(jì)自身的節(jié)點(diǎn)剩余能量、與目的節(jié)點(diǎn)的相遇概率、消息傳輸?shù)奶鴶?shù)，然后節(jié)點(diǎn)利用其所在的局部拓?fù)湫畔?，?duì)當(dāng)前所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境做出判斷并進(jìn)行合適的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的選擇。通過本方法，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中存在的連通MANET子網(wǎng)進(jìn)行準(zhǔn)確的識(shí)別并在數(shù)據(jù)傳輸過程中充分地利用，使其不易受到節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臅r(shí)變性影響，在提高數(shù)據(jù)傳輸成功率降低網(wǎng)絡(luò)開銷的同時(shí)，提高數(shù)據(jù)傳輸策略的魯棒性。
【專利說明】
機(jī)會(huì)群智感知網(wǎng)絡(luò)中態(tài)勢(shì)感知的自適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種機(jī)會(huì)群智感知 網(wǎng)絡(luò)中態(tài)勢(shì)感知的自適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用研究的不斷加深，通信網(wǎng)絡(luò)系 統(tǒng)的多網(wǎng)、多技術(shù)融合趨勢(shì)逐年上升，信息化發(fā)展即將產(chǎn)生重大的變革和新的突破一利用 移動(dòng)終端中豐富多樣的傳感器，提供以人為中心的感知與計(jì)算。在此背景下，群智感知技術(shù) 應(yīng)用而生。群智感知是物聯(lián)網(wǎng)新型感知模式一"prosumer"，與傳統(tǒng)有意識(shí)部署的固定無線 傳感器網(wǎng)絡(luò)(Wireless sensor network，WSN)的"consumer"模式不同，它是將眾包思想與 移動(dòng)感知相結(jié)合，將普通用戶的移動(dòng)設(shè)備，如手機(jī)、pad、智能手表等作為基本的感知單元， 通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行有意識(shí)或無意識(shí)的協(xié)作，從而實(shí)現(xiàn)感知任務(wù)分發(fā)與感知數(shù)據(jù)收集等操 作，最終完成大規(guī)模的、復(fù)雜的社會(huì)感知任務(wù)。但隨著感知規(guī)模的擴(kuò)大，由于節(jié)點(diǎn)移動(dòng)、稀疏 性分布、時(shí)變的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒁约百Y源受限等特點(diǎn)，使得傳統(tǒng)的WSN或移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)(Mobi Ie Ad hoc Network,MANET)等需要建立端到端連接的通信模式難以有效運(yùn)行。
[0003] 目前，大量的移動(dòng)設(shè)備嵌有豐富的無線通信接口和傳感功能器件，并創(chuàng)造了大量 的接觸機(jī)會(huì)。機(jī)會(huì)群智感知網(wǎng)絡(luò)就是不需要任何的通信基礎(chǔ)設(shè)施，利用移動(dòng)設(shè)備之間機(jī)會(huì) 型的接觸建立起的多跳傳輸移動(dòng)機(jī)會(huì)網(wǎng)絡(luò)。在此網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)設(shè)備可以隨時(shí)隨地的到達(dá)任 何地點(diǎn)，進(jìn)行隨時(shí)隨地的感知，所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)利用隨人移動(dòng)帶來的通信機(jī)會(huì)進(jìn)行傳輸，完成 感知任務(wù)，不受通信鏈路在時(shí)間域或空間域非連通特性影響。而且群智感知網(wǎng)絡(luò)因其廣泛 的時(shí)空覆蓋、低廉的成本、優(yōu)秀的可擴(kuò)展性以及透徹的感知，一經(jīng)出現(xiàn)就迅速得到了產(chǎn)業(yè)界 和商業(yè)界的關(guān)注和高度重視。目前，群智感知網(wǎng)絡(luò)在健康護(hù)理、智能交通、社交網(wǎng)絡(luò)、以及環(huán) 境監(jiān)測(cè)等不同領(lǐng)域得到了發(fā)展和應(yīng)用。然而，群智感知作為一種新的研究領(lǐng)域，在大規(guī)模應(yīng) 用研究中仍有很多問題亟待解決。例如，由于人群移動(dòng)具有自主性和隨機(jī)性，很難存在端到 端的連通路徑。如何設(shè)計(jì)輕量級(jí)、分布式的機(jī)會(huì)數(shù)據(jù)傳輸策略，滿足大規(guī)模的自主組網(wǎng)需 求，是目前機(jī)會(huì)群智感知網(wǎng)絡(luò)研究中迫切需要解決的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。
[0004] 由于節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、射頻關(guān)閉、以及節(jié)點(diǎn)資源受限等因素會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?shí)時(shí)動(dòng) 態(tài)變化，因此，設(shè)計(jì)高效可行的自適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸策略絕非易事。目前機(jī)會(huì)群智感知中數(shù)據(jù)傳 輸策略分為兩種:一種是采用端到端的數(shù)據(jù)傳輸方式，另一種則是采用"存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)" 的逐跳數(shù)據(jù)傳輸方式。即網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣⒃谌我鈨晒?jié)點(diǎn)之間存在端到端傳輸路徑或網(wǎng)絡(luò)中任 意兩節(jié)點(diǎn)之間無通信鏈路的假設(shè)基礎(chǔ)之上，然而這種假設(shè)在真實(shí)的大規(guī)模群智感知網(wǎng)絡(luò)模 型很少存在，因?yàn)橛捎诠?jié)點(diǎn)移動(dòng)以及節(jié)點(diǎn)分布稀疏的差異性，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵?shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變 化，以致于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洚a(chǎn)生分割現(xiàn)象，即網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆啥鄠€(gè)連通子網(wǎng)構(gòu)成，在連通子網(wǎng)內(nèi)部 可以采用端到端的通信方式，而在不同的子網(wǎng)之間無法進(jìn)行通信。也就是說，在大規(guī)模的群 智感知網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中單獨(dú)采用端到端的數(shù)據(jù)傳輸方式會(huì)產(chǎn)生"路由空洞"問題，以致造成數(shù)據(jù) 成功投遞率較低的問題;而單獨(dú)采用"存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)"在增加網(wǎng)絡(luò)的魯棒性同時(shí)會(huì)增加傳 輸?shù)臅r(shí)延和網(wǎng)絡(luò)的開銷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)會(huì)群智感知網(wǎng)絡(luò)中態(tài)勢(shì)感知的自適應(yīng)數(shù) 據(jù)傳輸方法，用于解決目前群智感知網(wǎng)絡(luò)中的"路由空洞"問題，以提高消息的成功投遞率 以及降低網(wǎng)絡(luò)的開銷。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種機(jī)會(huì)群智感知網(wǎng)絡(luò)中態(tài)勢(shì)感知的自適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸方法，在該方法中，網(wǎng)絡(luò)中 的節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身情況以及網(wǎng)絡(luò)的歷史信息，估計(jì)自身的節(jié)點(diǎn)剩余能量、與目的節(jié)點(diǎn)的相遇 概率、消息傳輸?shù)奶鴶?shù)，然后節(jié)點(diǎn)利用其所在的局部拓?fù)湫畔?，?duì)當(dāng)前所處的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境做出 判斷并進(jìn)行合適的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的選擇;具體包括以下步驟：
[0008] SI:網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過獲取網(wǎng)絡(luò)信息、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的相遇持 續(xù)時(shí)間t^、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行總時(shí)間ttcltal，同時(shí)結(jié)合傳遞性和時(shí)間衰退性，估計(jì)其與目的節(jié)點(diǎn)的相 遇概率；
[0009] S2:網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)以下三方面的能量消耗來估計(jì)自身節(jié)點(diǎn)剩余能量:轉(zhuǎn) 發(fā)能耗Et、接收消息能耗Er以及路由發(fā)現(xiàn)能耗Ef;
[0010] S3:節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膽B(tài)勢(shì)進(jìn)行感知:移動(dòng)節(jié)點(diǎn)首先廣播發(fā)送一個(gè)Hello消息，然 后該區(qū)域中的其他移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在接收到Hello消息后，更新自己的鄰居列表;然后移動(dòng)節(jié)點(diǎn)統(tǒng) 計(jì)鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，包括鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)以及鄰居節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度，依據(jù)節(jié)點(diǎn)所在局部環(huán)境 中節(jié)點(diǎn)的物理密度P、連通密度P(k-con)以及節(jié)點(diǎn)的相對(duì)移動(dòng)速度對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋺B(tài)勢(shì)做出 判斷；
[0011] S4:依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋺B(tài)勢(shì)判斷結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸策略進(jìn)行選擇，若節(jié)點(diǎn)位于穩(wěn)定的連 通子網(wǎng)，則采用端到端的數(shù)據(jù)傳輸策略;否則采用"存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)"的數(shù)據(jù)傳輸策略。
[0012] 進(jìn)一步，在步驟S3中，節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膽B(tài)勢(shì)進(jìn)行感知具體包括以下步驟：
[0013] S31:網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)周期性地在一跳范圍內(nèi)廣播生命周期為1的Hello消息， Hello消息包含本節(jié)點(diǎn)鄰居列表及對(duì)應(yīng)的移動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)剩余能量，以及本節(jié)點(diǎn)已知的目的 節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的投遞概率等；
[0014] S32:節(jié)點(diǎn)收到Hello消息后，首先進(jìn)行鏈路狀態(tài)的建立與維護(hù)；然后，節(jié)點(diǎn)將收到 的鄰居節(jié)點(diǎn)的信息(節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)剩余能量、以及本節(jié)點(diǎn)已知的目的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相遇 概率等）與節(jié)點(diǎn)自身維護(hù)的鄰居節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行比較更新，并根據(jù)成功接收的Hello消息，統(tǒng) 計(jì)鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)以及對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度，對(duì)當(dāng)前的拓?fù)鋺B(tài)勢(shì)做出判斷，判斷其是符合 MANET(Mobile Ad hoc Network)還是DTN(Delay Tolerant Networks)網(wǎng)絡(luò)特性；
[0015] S33:網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)倘若在規(guī)定的3個(gè)周期內(nèi)沒有接收到其鄰居列表中節(jié)點(diǎn)發(fā)來的 Hello消息，則認(rèn)為兩者之間的鏈路已經(jīng)斷開，那么該節(jié)點(diǎn)從其鄰居列表中刪除對(duì)應(yīng)鏈路斷 開的信息。
[0016] 進(jìn)一步，在本方法中，利用最優(yōu)停止理論進(jìn)行中繼節(jié)點(diǎn)的選擇，從而將中繼節(jié)點(diǎn)選 擇問題轉(zhuǎn)化為"對(duì)于消息m來說，節(jié)點(diǎn)m是否是性能最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)"問題，避免"熱點(diǎn)"的頻繁傳 輸消息，解決"路由空洞"問題。
[0017] 本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明提出的機(jī)會(huì)群智感知網(wǎng)絡(luò)中態(tài)勢(shì)感知的自適應(yīng)數(shù) 據(jù)傳輸策略，能夠充分考慮節(jié)點(diǎn)以及節(jié)點(diǎn)之間的各方面因素，從而可以充分利用節(jié)點(diǎn)之間 連接的差異性進(jìn)行自適應(yīng)的路由機(jī)制轉(zhuǎn)換，提高消息的投遞率以及降低網(wǎng)絡(luò)的開銷;并且 在進(jìn)行中繼節(jié)點(diǎn)選擇時(shí)，利用最優(yōu)停止理論避免"熱點(diǎn)"的頻繁傳輸消息，從而很好的解決 "路由空洞"問題，延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的壽命。
【附圖說明】
[0018] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行 說明：
[0019] 圖1為機(jī)會(huì)群智感知網(wǎng)絡(luò)示意圖；
[0020] 圖2為源節(jié)點(diǎn)S和目的節(jié)點(diǎn)D位于不同分割子網(wǎng)示例圖；
[0021] 圖3為源節(jié)點(diǎn)S為信息孤島，目的節(jié)點(diǎn)為分割子網(wǎng)示例圖；
[0022] 圖4為態(tài)勢(shì)感知的自適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸策略示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0024] 圖4為態(tài)勢(shì)感知的自適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸策略示意圖，本發(fā)明具體包括以下步驟：
[0025] SI:網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過獲取網(wǎng)絡(luò)信息、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的相遇持 續(xù)時(shí)間t^、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行總時(shí)間ttcltal，同時(shí)結(jié)合傳遞性和時(shí)間衰退性，估計(jì)其與目的節(jié)點(diǎn)的相 遇概率；
[0026] S2:網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)以下三方面的能量消耗來估計(jì)自身節(jié)點(diǎn)剩余能量:轉(zhuǎn) 發(fā)能耗Et、接收消息能耗E r以及路由發(fā)現(xiàn)能耗Ef;
[0027] S3:節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膽B(tài)勢(shì)進(jìn)行感知:移動(dòng)節(jié)點(diǎn)首先廣播發(fā)送一個(gè)Hello消息，然 后該區(qū)域中的其他移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在接收到Hello消息后，更新自己的鄰居列表;然后移動(dòng)節(jié)點(diǎn)統(tǒng) 計(jì)鄰居節(jié)點(diǎn)的信息，包括鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)以及鄰居節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度，依據(jù)節(jié)點(diǎn)所在局部環(huán)境 中節(jié)點(diǎn)的物理密度P、連通密度P(k-con)以及節(jié)點(diǎn)的相對(duì)移動(dòng)速度對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋺B(tài)勢(shì)做出 判斷；
[0028] S4:依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋺B(tài)勢(shì)判斷結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸策略進(jìn)行選擇，若節(jié)點(diǎn)位于穩(wěn)定的連 通子網(wǎng)，則采用端到端的數(shù)據(jù)傳輸策略;否則采用"存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)"的數(shù)據(jù)傳輸策略。
[0029] 圖1為機(jī)會(huì)群智感知網(wǎng)絡(luò)示意圖，下面對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明：
[0030] 1、消息中繼節(jié)點(diǎn)的選擇算法
[0031] 在網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的歷史信息、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的相遇持續(xù) 時(shí)間tu、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行總時(shí)間ttcltal，同時(shí)結(jié)合傳遞性和時(shí)間衰退性，計(jì)算維護(hù)其與目的節(jié)點(diǎn)間 的相遇概率。而且，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都被賦予一個(gè)初始能量E init,節(jié)點(diǎn)剩余能量用Eres表 示。在本實(shí)施例中，節(jié)點(diǎn)的能量消耗主要分為三個(gè)方面:轉(zhuǎn)發(fā)消息能耗E t、接收消息能耗Er與 路由發(fā)現(xiàn)能耗Ef，另外在所研究的網(wǎng)絡(luò)中具有以下假設(shè)：
[0032] l)Et和Er依據(jù)每次接收或發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包計(jì)算，Ef為每秒鐘進(jìn)行路由發(fā)現(xiàn)的掃描 能耗，并且節(jié)點(diǎn)能量耗盡時(shí)不再進(jìn)行掃描和信息的收發(fā)。
[0033] 2)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)不能進(jìn)行電源供給，即在參與網(wǎng)絡(luò)過程中不能進(jìn)行電池的更換以 及充電操作。
[0034] 其中，轉(zhuǎn)發(fā)消息能耗主要指節(jié)點(diǎn)為其相遇的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)攜帶消息所消耗的能量;與 轉(zhuǎn)發(fā)能耗類似，節(jié)點(diǎn)的接收能耗主要指節(jié)點(diǎn)接收消息的能量消耗。通常認(rèn)為，節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)能 耗和接收能耗與節(jié)點(diǎn)接收和轉(zhuǎn)發(fā)的消息數(shù)目成正比。路由發(fā)現(xiàn)能耗則是指為感知鄰居節(jié) 點(diǎn)，進(jìn)行信道掃描所消耗的能量。假設(shè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送單位字節(jié)所需的能量消耗為et，消息大小為 C1，發(fā)送了 m個(gè)數(shù)據(jù)包，那么Et為：
[0035]
fi)
[0036] 假設(shè)節(jié)點(diǎn)接收單位字節(jié)所需的能量消耗為er，消息大小為C1，接收了 η個(gè)數(shù)據(jù)包，那 么Er為：
[0037]
(2)
[0038]假設(shè)節(jié)點(diǎn)單位時(shí)間的掃描能耗為ef，掃描時(shí)長(zhǎng)為Δ t，那么Ef為：
[0039]
(3)
[0040] 節(jié)點(diǎn)的總能耗E。和節(jié)點(diǎn)的剩余能量Ere3s為：
[0041 ]
(4)
[0042]為了進(jìn)一步降低開銷，需要對(duì)消息轉(zhuǎn)發(fā)提出更高的要求，即確保消息轉(zhuǎn)發(fā)給系統(tǒng) 中具有最高性能的節(jié)點(diǎn)。從概念上來講，就是希望網(wǎng)絡(luò)中生成的消息副本數(shù)盡量的少，并且 選擇一些最佳性能的節(jié)點(diǎn)攜帶消息。最優(yōu)停止理論是研究何時(shí)停止最為有利的數(shù)學(xué)理論， 利用最優(yōu)停止理論可以將路由問題轉(zhuǎn)換為"對(duì)于消息m來說，節(jié)點(diǎn)N 1是不是性能最高的節(jié) 點(diǎn)?"問題。
[0043]在機(jī)會(huì)群智感知網(wǎng)絡(luò)中消息暫帶者選擇的好壞與跳數(shù)成反比，與節(jié)點(diǎn)的剩余能 量、節(jié)點(diǎn)的相遇概率成正比。則節(jié)點(diǎn)的效應(yīng)值表示如下：
[0044]
(5)
[0045] 其中p表示節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)的相遇概率，T表示數(shù)據(jù)包的傳遞跳數(shù)，p的計(jì)算公式如 下：
[0046]
[0047]
[0048]
[0049] 當(dāng)節(jié)點(diǎn)a，b相遇時(shí)，按公式(6)更新計(jì)算節(jié)點(diǎn)a，b的相遇概率;當(dāng)節(jié)點(diǎn)一段時(shí)間沒有 相遇時(shí)，其概率按公式(7)衰退，其中γ是衰退因子，k為距離上次衰退的總時(shí)間與衰退周期 的比;節(jié)點(diǎn)a按公式(8)更新其通過節(jié)點(diǎn)b到節(jié)點(diǎn)c的投遞概率。
[0050] 2、態(tài)勢(shì)感知方法
[0051] 根據(jù)不同的應(yīng)用領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)態(tài)勢(shì)又可分為安全態(tài)勢(shì)、拓?fù)鋺B(tài)勢(shì)、傳輸態(tài)勢(shì)、生存態(tài) 勢(shì)等。在本實(shí)施例中，態(tài)勢(shì)感知指的則是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋺B(tài)勢(shì)的感知，其基本原理是:移動(dòng)節(jié)點(diǎn)首 先廣播發(fā)送一個(gè)Hello消息，然后該區(qū)域中的其他移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在接收到Hello消息后，更新自 己的鄰居列表。具體過程如下：
[0052] a)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)周期性地在一跳范圍內(nèi)廣播生命周期為1的He I Io消息，He I Io 消息包含本節(jié)點(diǎn)鄰居列表及對(duì)應(yīng)的移動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)剩余能量，以及本節(jié)點(diǎn)已知的目的節(jié)點(diǎn) 對(duì)應(yīng)的投遞概率等；
[0053] b)節(jié)點(diǎn)收到Hello消息后，首先進(jìn)行鏈路狀態(tài)的建立與維護(hù);然后，節(jié)點(diǎn)將收到的 鄰居節(jié)點(diǎn)的信息(節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)剩余能量、以及本節(jié)點(diǎn)已知的目的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相遇概 率等)與節(jié)點(diǎn)自身維護(hù)的鄰居節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行比較更新，并根據(jù)成功接收的Hello消息，統(tǒng)計(jì) 鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)以及對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度，對(duì)當(dāng)前的拓?fù)鋺B(tài)勢(shì)做出判斷（符合MANET還是DTN 網(wǎng)絡(luò)特性）；
[0054] c)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)倘若在規(guī)定的3個(gè)周期內(nèi)沒有接收到其鄰居列表中節(jié)點(diǎn)發(fā)來的 Hello消息，則認(rèn)為兩者之間的鏈路已經(jīng)斷開，那么該節(jié)點(diǎn)從其鄰居列表中刪除對(duì)應(yīng)鏈路斷 開的信息。
[0055] 3、數(shù)據(jù)傳輸策略的自適應(yīng)轉(zhuǎn)換機(jī)制
[0056] 為了提高消息的投遞率，降低投遞時(shí)延，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的MANET子網(wǎng)（或部分路徑 片段)做出準(zhǔn)確的識(shí)別和判斷。由于機(jī)會(huì)群智網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)具有高度自組織性、動(dòng)態(tài)性，因 此在復(fù)雜環(huán)境下一個(gè)重要而基礎(chǔ)的問題是維護(hù)節(jié)點(diǎn)間的連通性。連通性是MANET進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳輸?shù)幕緱l件。因此，本發(fā)明在節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目以及具有k-連通網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ) 上，提出了MANET子網(wǎng)動(dòng)態(tài)檢測(cè)方法。
[0057]網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度是影響MANET網(wǎng)絡(luò)性能的主要因素，其中網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 密度可以分為物理密度和連接密度。物理密度是指覆蓋區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目；連接密度是指 覆蓋區(qū)域內(nèi)連接的節(jié)點(diǎn)數(shù)目。當(dāng)在特定區(qū)域內(nèi)，大量節(jié)點(diǎn)彼此之間挨得很近時(shí)，物理密度認(rèn) 為是密集的，反之則是稀疏的。然而，當(dāng)檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中MANET子網(wǎng)時(shí)，還應(yīng)該考慮在特定區(qū)域內(nèi) 網(wǎng)絡(luò)的連通性。
[0058]基于通信范圍內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)，網(wǎng)絡(luò)密度定義如下：
[0059]節(jié)點(diǎn)周圍節(jié)點(diǎn)數(shù)目表示該節(jié)點(diǎn)的度d;
[0060]節(jié)點(diǎn)度d = 0則認(rèn)為該節(jié)點(diǎn)是與網(wǎng)絡(luò)相隔絕的；
[0061 ] dmin表示節(jié)點(diǎn)最小節(jié)點(diǎn)度，并且認(rèn)為是網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)度的最小值；
[0062]如果網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)之間都存在一條鏈路，則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)是連通的，否則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò) 是分割的；
[0063] -個(gè)連通的網(wǎng)絡(luò)總是滿足最小節(jié)點(diǎn)度dmin>0,反之則是不正確的；
[0064] 如果網(wǎng)絡(luò)中每對(duì)節(jié)點(diǎn)之間都存在相互獨(dú)立的k條鏈路連接它們，則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)是k_ 連通的。
[0065] 節(jié)點(diǎn)密度計(jì)算如下所示：
[0066] P(k-con)^(l_e-μ)η (9)
[0067] μ = p>l<ji>l<r2 (10)
[0068] p = n/A (11)
[0069] 其中：
[0070] P(k-con)表示k-連通概率;n表示鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)目；r為節(jié)點(diǎn)的通信半徑;P表示節(jié)點(diǎn) 密度;A表示預(yù)定義面積大小。在本發(fā)明中k值設(shè)置為1，這意味著對(duì)于任何給定的網(wǎng)絡(luò)，如果 滿足P(k-con)彡0.95，其中k = 1，則認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)是密集的，而且在給定的區(qū)域中節(jié)點(diǎn)之間存在 1條相互獨(dú)立的鏈路，即網(wǎng)絡(luò)認(rèn)為是1-連通的。
[0071 ]假設(shè)節(jié)點(diǎn)通信范圍內(nèi)的每個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)速度為Vi，γ th為相對(duì)移動(dòng)速度閾值，則節(jié)點(diǎn) 相對(duì)移動(dòng)速度計(jì)算如下：
[0072] (1.2)
[0073] (13)
[0074] 如果滿足P(k-con)彡0.95且
則節(jié)點(diǎn)所在的網(wǎng)絡(luò)符合存在部分路徑片段， 適合采用MNET的數(shù)據(jù)傳輸模式;否則，采用"存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)"的DTN數(shù)據(jù)傳輸模式。
[0075] 4、路由發(fā)現(xiàn)過程
[0076] 利用消息暫時(shí)攜帶者的思想：如果目的節(jié)點(diǎn)不可達(dá)，但是其他節(jié)點(diǎn)距離目的節(jié)點(diǎn) 較近或與目的節(jié)點(diǎn)頻繁接觸，那么可以將這些節(jié)點(diǎn)作為消息的暫時(shí)攜帶者，將消息轉(zhuǎn)發(fā)給 消息的暫時(shí)攜帶者，然后利用節(jié)點(diǎn)之間的接觸機(jī)會(huì)，最終將消息投遞至目的節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明中 路由發(fā)現(xiàn)過程分為兩種情況:一種是源節(jié)點(diǎn)采用MNET數(shù)據(jù)傳輸方式;另一種是源節(jié)點(diǎn)采用 DTN數(shù)據(jù)傳輸方式。
[0077] 4.1從MANET至DTN的異步數(shù)據(jù)傳輸策略
[0078]如圖2(a)所示，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)位于不同的分割子網(wǎng)時(shí)，源節(jié)點(diǎn)S首先發(fā)起 AODV的RREQ尋找到目的節(jié)點(diǎn)的路徑，同時(shí)將到目的節(jié)點(diǎn)的投遞閾值pth設(shè)置在[0,1]之間，如 果可以找到目的節(jié)點(diǎn)，則按AODV進(jìn)行常規(guī)路由；否則，源節(jié)點(diǎn)所在的MANET子網(wǎng)中到目的節(jié) 點(diǎn)相遇概率P大于Pth的所有節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)回復(fù)RREP，然后源節(jié)點(diǎn)S根據(jù)公式(5)判斷性能最 優(yōu)的消息暫時(shí)攜帶者，并將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)至該節(jié)點(diǎn)，如圖2(b)所示選擇辦作為消息的暫時(shí)攜 帶節(jié)點(diǎn)，然后由R 2節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為"存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)"的DTN數(shù)據(jù)傳輸模式。1?2攜帶消息運(yùn)動(dòng)，并依 據(jù)最優(yōu)停止理論尋找到下一消息中繼節(jié)點(diǎn)R 3。如圖2(c)當(dāng)R3節(jié)點(diǎn)攜帶消息達(dá)到目的節(jié)點(diǎn)所 在的MNET子網(wǎng)時(shí)，再次轉(zhuǎn)換為MNET的數(shù)據(jù)傳輸模式。
[0079] 4.2從DTN至MANET的異步數(shù)據(jù)傳輸策略
[0080]如圖3(a)所示，當(dāng)源節(jié)點(diǎn)S采用"存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)"的DTN數(shù)據(jù)傳輸方式，而目的節(jié) 點(diǎn)位于連通的MANET子網(wǎng)時(shí)，首先，S根據(jù)公式（5)進(jìn)行中繼節(jié)點(diǎn)的選擇，選擇R4作為中繼節(jié) 點(diǎn)；如圖3(b)所示，當(dāng)R 4到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)所在的MANET子網(wǎng)時(shí)，遞交數(shù)據(jù)包給相遇節(jié)點(diǎn)N，然后 節(jié)點(diǎn)N在其所在的MANET子網(wǎng)內(nèi)發(fā)起RREQ尋找到目的節(jié)點(diǎn)的路徑，目的節(jié)點(diǎn)D收到RREQ后向 節(jié)點(diǎn)N回復(fù)RREP;如圖3(c)所示，節(jié)點(diǎn)N最終將數(shù)據(jù)包發(fā)送至目的節(jié)點(diǎn)D。
[0081]最后說明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通 過上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在 形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種機(jī)會(huì)群智感知網(wǎng)絡(luò)中態(tài)勢(shì)感知的自適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于:在該方法 中，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身情況以及網(wǎng)絡(luò)的歷史信息，估計(jì)自身的節(jié)點(diǎn)剩余能量、與目的節(jié) 點(diǎn)的相遇概率、消息傳輸?shù)奶鴶?shù)，然后節(jié)點(diǎn)利用其所在的局部拓?fù)湫畔?，?duì)當(dāng)前所處的網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境做出判斷并進(jìn)行合適的數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制的選擇;具體包括以下步驟： S1:網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過獲取網(wǎng)絡(luò)信息、當(dāng)前節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的相遇持續(xù)時(shí) 間tu、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行總時(shí)間ttcltal，同時(shí)結(jié)合傳遞性和時(shí)間衰退性，估計(jì)其與目的節(jié)點(diǎn)的相遇概 率； S2:網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)根據(jù)以下三方面的能量消耗來估計(jì)自身節(jié)點(diǎn)剩余能量:轉(zhuǎn)發(fā)能 耗Et、接收消息能耗Er以及路由發(fā)現(xiàn)能耗Ef; S3:節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膽B(tài)勢(shì)進(jìn)行感知：移動(dòng)節(jié)點(diǎn)首先廣播發(fā)送一個(gè)Hello消息，然后該 區(qū)域中的其他移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在接收到Hello消息后，更新自己的鄰居列表;然后移動(dòng)節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)鄰 居節(jié)點(diǎn)的信息，包括鄰居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)以及鄰居節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度，依據(jù)節(jié)點(diǎn)所在局部環(huán)境中節(jié) 點(diǎn)的物理密度P、連通密度P (k-con)以及節(jié)點(diǎn)的相對(duì)移動(dòng)速度對(duì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋺B(tài)勢(shì)做出判斷； S4:依據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋺B(tài)勢(shì)判斷結(jié)果，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸策略進(jìn)行選擇，若節(jié)點(diǎn)位于穩(wěn)定的連通子 網(wǎng)，則采用端到端的數(shù)據(jù)傳輸策略;否則采用"存儲(chǔ)-攜帶-轉(zhuǎn)發(fā)"的數(shù)據(jù)傳輸策略。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)會(huì)群智感知網(wǎng)絡(luò)中態(tài)勢(shì)感知的自適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸方法， 其特征在于:在步驟S3中，節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞膽B(tài)勢(shì)進(jìn)行感知具體包括以下步驟： S31:網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)周期性地在一跳范圍內(nèi)廣播生命周期為1的He 11 〇消息，He 11 〇消 息包含本節(jié)點(diǎn)鄰居列表及對(duì)應(yīng)的移動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)剩余能量，以及本節(jié)點(diǎn)已知的目的節(jié)點(diǎn)對(duì) 應(yīng)的投遞概率等； S32:節(jié)點(diǎn)收到Hello消息后，首先進(jìn)行鏈路狀態(tài)的建立與維護(hù);然后，節(jié)點(diǎn)將收到的鄰 居節(jié)點(diǎn)的信息(節(jié)點(diǎn)移動(dòng)速度、節(jié)點(diǎn)剩余能量、以及本節(jié)點(diǎn)已知的目的節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的相遇概率 等)與節(jié)點(diǎn)自身維護(hù)的鄰居節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行比較更新，并根據(jù)成功接收的Hello消息，統(tǒng)計(jì)鄰 居節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)以及對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)速度，對(duì)當(dāng)前的拓?fù)鋺B(tài)勢(shì)做出判斷，判斷其是符合MANET (Mobile Ad hoc Network)還是DTN(Delay Tolerant Networks)網(wǎng)絡(luò)特性； S33:網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)倘若在規(guī)定的3個(gè)周期內(nèi)沒有接收到其鄰居列表中節(jié)點(diǎn)發(fā)來的 Hello消息，則認(rèn)為兩者之間的鏈路已經(jīng)斷開，那么該節(jié)點(diǎn)從其鄰居列表中刪除對(duì)應(yīng)鏈路斷 開的信息。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種機(jī)會(huì)群智感知網(wǎng)絡(luò)中態(tài)勢(shì)感知的自適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸方 法，其特征在于:在本方法中，利用最優(yōu)停止理論進(jìn)行中繼節(jié)點(diǎn)的選擇，從而將中繼節(jié)點(diǎn)選 擇問題轉(zhuǎn)化為"對(duì)于消息m來說，節(jié)點(diǎn)m是否是性能最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)"問題，避免"熱點(diǎn)"的頻繁傳 輸消息，解決"路由空洞"問題。
【文檔編號(hào)】H04W84/18GK106068027SQ201610355279
【公開日】2016年11月2日
【申請(qǐng)日】2016年5月25日 公開號(hào)201610355279.4, CN 106068027 A, CN 106068027A, CN 201610355279, CN-A-106068027, CN106068027 A, CN106068027A, CN201610355279, CN201610355279.4
【發(fā)明人】黃宏程, 楊立娜, 張艷, 張紅升, 胡敏
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)