一种基于链路传输能力的容迟容断网络路由方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及容迟容断网络（Delay-and Disrupted-Tolerant Network，DTN)的消 息路由领域，特别是涉及一种基于链路传输能力的DTN网络消息路由方法。
【背景技术】
[0002] 不同于传统网络，DTN网络通常工作在受限的环境中。这决定了 DTN网络具有传 统网络不具备的很多特性，包括：间歇性连接、高延迟、机会传输等等。传统路由方法都无法 适用于这种网络环境，因此需要对DTN网络中的路由算法重新进行研究设计。
[0003] 到目前为止，研究人员已经提出了许多DTN网络路由方法，按照路由选择策略可 以分为以下三类：
[0004] (1)基于接触概率的路由方法：
[0005] 基于接触概率的路由方法，根据节点间的接触历史信息，预测两个节点在未来某 一时间内再次进行接触的概率。节点在进行消息转发时，将消息转发给那些接触目标节点 的概率比自己大的节点，从而提高消息转发至目标节点的概率。已有基于概率的路由方法 包括：Prophet Router、MaxProp Router 和 Delegation Router 等
[0006] (2)基于节点关系的路由方法
[0007] 基于节点关系的路由方法，根据节点间的运动模型、接触模型等，预测节点间的关 系，然后根据节点间的关系进行转发。目前主要应用于移动社交网络，通过预测节点的社会 属性和社会关系，将消息转发至与目标节点关系密切的节点，从而达到提高消息转发至目 标接待你的概率。已有基于节点关系的路由方法包括：Social Feature-based Multi-path Routing和 An OptimalProbabilistic Forwarding Protocol 等。
[0008] (3)基于节点密度的路由方法
[0009] 基于节点密度的路由方法，根据DTN网络中局部节点的密度，将局部密度较高的 节点区域组织成一个簇，然后将消息的转发过程转化为簇内和簇间两部分。此类路由方法， 一般通过为每一个簇选取一个Leader节点，负责消息在簇内和簇间的转发。簇内有消息进 行转发时，先将消息转发给Leader节点，然后由Leader节点负责转发。已有基于节点密度 的路由方法包括：CAMR、E頂D等。
[0010] 以上各种路由方法都有其优点及适用场景，但是在DTN网络中，它们并不算是完 美的路由方法。而且，这些路由方法都是从节点的角度进行路由的选择，没有考虑网络中链 路对路由的指导作用，对网络信息的利用不是很充足。在对DTN网络中节点间的链路进行 抽象定义后，可以更充分的利用网络信息，从而提高网络路由的效率。
【发明内容】
[0011] 本发明以提高网络消息交付率为目标，以链路传输能力和消息优先为核心思想， 解决DTN网络中的消息路由问题。具体包括：
[0012] 1.为了描述DTN网络中的传输链路，提出了 "虚拟链路"的概念。对链路"容量" 的概念进行定义，来代表和区分虚拟链路的传输能力。定义容量的计算方法、存储方式以及 传播与更新方法。
[0013] 2.定义消息转发容量的概念、存储方式以及存储结构。定义消息的丢弃优先级和 转发优先级，并在此基础之上设计了基于链路传输能力的路由转发策略。
[0014] 与现有技术相比，本发明的创新之处在于：以DTN网络链路传输能力和消息的优 先级为核心思想，提高DTN网络消息交付率。具体体现在：
[0015] 1.虚拟链路的定义一方面体现了 DTN网络中"路由选择即下一跳节点选择"的特 性，另一方面也体现了 DTN网络的传输链路不对称性。容量的定义区分了 DTN网络中虚拟 链路和非DTN网络中的链路传输能力，反映了 DTN网络中端到端的传输能力。
[0016] 2.转发容量的定义体现了消息当前的交付状态，在此基础之上定义的消息丢弃优 先级体现了在进行缓冲区申请的时候消息被丢弃的可能性。消息的转发优先级考虑建立多 个链接的情况下，如何进行消息和链接的选择。在消息优先级定义的基础之上，路由的转发 决策过程则转化为消息和链路选择的过程。
【附图说明】
[0017] 图1虚拟链路及容量描述
[0018] 图2容量存储结构
[0019] 图3转发容量数据结构
【具体实施方式】
[0020] 参阅图1。图1描述了包含两条虚拟链路的DTN网络。在DTN网络中，消息的转发 是根据下一跳节点进行决策的，下一跳节点至目标节点的传输能力越高，也就意味着消息 更加可能或者更快传输至目标节点。源节点仅关心下一跳节点能否或者多快将消息转发至 目标节点，而不关心下一跳节点如何将消息转发至目标节点，因此可以将源节点、下一跳节 点和目标节点这三种节点组成的路径看成是一条"虚拟链路"，源节点根据这条"虚拟链路" 的传输能力来选择下一跳节点。
[0021] 考虑节点A(源节点）、节点B(下一跳节点）和节点C(目标节点）组成的虚拟链 路。图中节点之间采用虚线连接，是由于节点之间的连接不是持续的，虚线连接代表两个 节点以前建立过连接或者将来将会建立连接。这也是为什么将链路称作"虚拟"的原因，即 DTN网络中不存在持续链接，链接是突发性且短暂的。另外，节点B和节点D之间的连接存 在一片"云"，这是因为，源节点不关心下一跳节点如何将消息转发至目标节点，只需要知道 可以将消息转发至目标节点即可。
[0022] 本发明中使用vl(A，B，C)代表一条虚拟链路，其源节点为A，下一跳节点为B，目标 节点为C。虚拟链路的存在是有条件的，下面首先定义可达节点和可直达节点概念：
[0023] ?可达节点：若节点X能够将消息转发至节点Y，那么节点Y是节点X的可达节点。 可达节点的定义是非对称的。即若节点Y是节点X的可达节点，并不说明节点X也是节点 Y的可达节点。
[0024] ?可直达节点：若节点X可以与节点Y进行直接接触，那么节点Y是节点X的可 直达节点。可直达节点的定义是对称的。也就是，若节点Y是节点X的可直达节点，那么节 点X也是节点Y的可直达节点。直观上理解，节点X与节点Y相遇之后，既是节点X与节点 Y进行直接接触，也是节点Y与节点X进行直接接触。此外，若节点Y是节点X的可直达节 点，那么节点Y必是节点X的可达节点。反之则不然。
[0025] 之后，我们可以引入虚拟链路存在的充要条件，即：虚拟链路vl (A，B，C)存在的充 要条件是节点B是节点A的可直达节点且节点C是节点B的可达节点。由此充要条件可以 知道，虚拟链路的存在性也是非对称的。当虚拟链路vl (A，B，C)存在的时候，我们不知道 vl (C，B，A)是否存在。另外，存在一类特殊的虚拟链路，即vl (A，B，B)。vl (A，B，B)代表一条 仅由两个节点组成的虚拟链路，在这条虚拟链路上转发消息的时候，源节点直接将消息转 发至目标节点。对于vl(A，B，B)的存在性与不同虚拟链路的要求相同，节点B必须是节点 A的可直达节点，而显然节点B是自己的可达节点。
[0026] 为了根据"虚拟链路"来进行消息的转发，需要对虚拟链路的传输能力进行定义。 定义"虚拟链路"的传输能力为"容量"。节点X至节点Y的容量定义为：单位时间内可以从 节点X传输至节点Y的数据量，用C(X，Y)代表。从容量的定义可以看出，容量是有向的，也 就是节点X至节点Y的容量与节点Y至节点X的容量是不同的，即C(X，Y)辛C(Y，X)，这符 合DTN网络传输能力的不对称性。如果用图结构来表示网络的话，那么有线网络就是一个 无向图，而DTN网络则是一个有向图。采用C(A，B，C)代表虚拟链路vl(A，B，C)的容量，由 虚拟链路的不对称性可知C (A，B，C)辛C (C，B，A)(假设vl (A，B，C)与vl (C，B，A)都存在）。
[0027] 为了计算导出容量的计算方法，首先考虑单条虚拟链路的情况。节点A至节点D 存在一条"虚拟链路" 一一vl(A，B，D)。考虑节点A需要转发1字节的消息到节点D，那么 节点A需要将消息转发给节点B，然后再由节点B转发至节点D。根据容量的定义可知，节 点A转发至节点B所需时间为4^^，节点B转发此消息至节点D所需时间为gg。那么节 点A转发1字节消息至节点C所需时间为，从而可得"虚拟链路" vl (A，B，D)的容量为：
[0028]
[0029] 再来考虑两条虚拟链路的情况，然后推广到任意有限条"虚拟链路"的情况。仍然 考虑节点A需要传输1字节的消息，那么通过"虚拟链路" vl (A，B，D)传输至节点D的时间 ^C(A,S,D)，通过"虚拟链路"vl (A，C, D)传输至节点D的时间为^__。但是节点A至节点B 和节点C的容量是不同的，即C(A，B，B)与C(A，C，C)是不同的。在实际应用场景中，节点更 倾向于选择容量较大的路径进行转发，因此可以用
7欠代表 vl (A，B，D)和vl (A，B，D)的权值，那么节点A传输1字节到节点D的平均时间为：
[0030]
[0031] 从而得出节点A至节点D的容量为：
[0032]
[0033] 推广到一般情况，假设节点X可以通过n个可直达节点到达节点Y，其中第i个可 直达节点用Zi那代表，那么节点X至节点Y之间的容量为：
[0036] 参阅图2。图2描述了容量的存储结构，包括两个表结构：容量表（Node Capacity Table，NCT)和虚拟链路容量表（Virtual Link Capacity Table, VLCT)。在节点容量表中 Yi代表此条记录的目标节点，C(X，Y J代表源节点X到目标节点Yi的容量。在虚拟链路容 量表中，Zi代表此条记录的目标节点，是节点X的一个可直