基于节点时-空连通度指数的GPSR路由协议优化方法

本发明涉及移动自组织网络，尤其涉及一种基于节点时-空连通度指数的gpsr路由协议优化方法。

背景技术：

1、贪婪周边无状态路由协议(greedy perimeter stateless routingprotocol，gpsr)作为一种典型的基于地理位置的路由协议，通过采用贪婪转发和周边转发两种转发策略完成数据传输，如图1所示。源节点在发送数据包前先通过gps定位服务获取目的节点的真实位置信息，然后在当前节点的邻居节点中寻找是否存在比当前节点到目的节点距离小的节点，若存在，就采用贪婪转发模式进行传输；若不存在，则意味着贪婪路由算法陷入局部最优(即遭遇路由空洞，如图2所示)，gpsr采用周边模式转发实现对空洞的绕行，当绕行进行到满足贪婪条件时恢复贪婪转发模式；如此反复直至分组到达目的地。利用贪婪转发策略和周边转发策略来建立路由，具有高效简洁、扩展性好的特点。但gpsr也存在着一些局限性，周边转发模式虽然能保证数据分组能够走出路由空洞，但每次转发都需要平面化拓扑来消除交叉边，以增加转发跳数为代价来减少路由环路，并且大多数情况下转发路径不是最佳，因此频繁的路由空洞会造成gpsr算法性能的剧烈下降。

技术实现思路

1、针对典型基于地理位置信息的路由协议gpsr路由决策判据单一、容易遭遇路由空洞、周边转发模式造成跳数增多等问题，本发明提供一种基于节点时-空连通度指数的gpsr路由协议优化方法。

2、本发明提供的基于节点时-空连通度指数的gpsr路由协议优化方法，包括：

3、步骤1：源节点获取的目的节点的位置信息；

4、步骤2：判断当前节点的邻居节点集合中是否存在离目的节点更近的邻居节点，若是，则采用贪婪转发策略进行数据传输；若否，则执行步骤3；

5、步骤3：计算当前节点的邻居节点集合中的每个邻居节点的时-空连通度指数，以时-空连通度指数值最大的节点为当前节点的下一跳路由节点进行数据传输；其中，所述每个邻居节点的时-空连通度指数的计算过程包括：计算该邻居节点在相邻时间点上的速度相似程度，并将计算结果记作时间相关性指数；计算当前节点与该邻居节点的速度相似程度，并将计算结果记作空间相关性指数；分别计算当前节点、该邻居节点和目的节点之间的距离并比较，将比较结果记作相对位置偏移指数；根据时间相关性指数、空间相关性指数和相对位置偏移指数得到该邻居节点的时-空连通度指数；

6、步骤4：判断当前节点的邻居节点集合中是否存在目的节点，若是，则当前节点将数据直接发送至目的节点；若否，则返回执行步骤2，直至将数据传输至目的节点。

7、进一步地，按照公式(1)计算节点i的时间相关性指数dtemporal(i,t,t′)：

8、

9、其中，时间相关性指数dtemporal(i,t,t′)表示节点i在时间t与时间t′的速度相似程度，表示速度矢量和之间的相对方向，表示速度矢量和之间的速度比，表示节点i在时间t的速度矢量，表示节点i在时间t′的速度矢量，和分别表示节点i在时间t与时间t′的速度值。

10、进一步地，按照公式(2)计算当前节点i和邻居节点j之间的空间相关性指数dspatial(i,j,t)：

11、

12、其中，空间相关性指数dspatial(i,j,t)表示当前节点i和邻居节点j在时间t的速度相似程度，表示速度矢量和之间的相对方向，表示速度矢量和之间的速度比，表示当前节点i在时间t的速度矢量，表示邻居节点j在时间t的速度矢量，和分别表示当前节点i和邻居节点j在时间t的速度值。

13、进一步地，若当前节点i和邻居节点j之间在时间t的通信距离di,j(t)大于当前节点i的通信半径r，则dspatial(i,j,t)＝0。

14、进一步地，按照公式(3)计算相对位置偏移指数ddistance(j)：

15、

16、其中，l(i,d)表示当前节点i和目的节点d之间的欧式距离，l(j,d)表示邻居节点j和目的节点d之间的欧式距离。

17、进一步地，步骤3中，按照公式(4)根据时间相关性指数、空间相关性指数和相对位置偏移指数得到该邻居节点j的时-空连通度指数tsc：

18、tsc＝αdtemporal(j)+βdspatial(j)+γddistance(j) (4)

19、其中，dtemporal为时间相关性指数，dspatial为空间相关性指数，ddistance为空间相关性指数，α、β和γ均为给定的加权判断系数。

20、本发明的有益效果：

21、(1)本发明提供的基于节点时-空连通度指数的gpsr路由协议优化方法，首先，根据贪婪算法能够保证节点在遭遇路由空洞前选择路由的高效性，其次，通过引入节点时-空连通度指数，时-空连通度指数能够反映网络节点在时间和空间的运动特性与拓扑特性，在路由选择遭遇空洞时，通过从邻居节点中选取时-空连通度好的下一跳节点，能够在解决路由空洞的同时降低再次陷入空洞的概率，降低数据分组的转发时延。

22、(2)作为一种优选的时-空连通度计算方式，通过利用能反映邻居节点与当前节点间运动相对速度、相对方向、以及时间关联性的三种指数(包括时间相关性指数、空间相关性指数和相对位置偏移指数)来计算时-空连通度，能够进一步提升选择的路径的效率，保证数据分组发送的效率与成功率。

技术特征：

1.基于节点时-空连通度指数的gpsr路由协议优化方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于节点时-空连通度指数的gpsr路由协议优化方法，其特征在于，按照公式(1)计算节点i的时间相关性指数dtemporal(i,t,t′)：

3.根据权利要求1所述的基于节点时-空连通度指数的gpsr路由协议优化方法，其特征在于，按照公式(2)计算当前节点i和邻居节点j之间的空间相关性指数dspatial(i,j,t)：

4.根据权利要求3所述的基于节点时-空连通度指数的gpsr路由协议优化方法，其特征在于，若当前节点i和邻居节点j之间在时间t的通信距离di,j(t)大于当前节点i的通信半径r，则dspatial(i,j,t)＝0。

5.根据权利要求1所述的基于节点时-空连通度指数的gpsr路由协议优化方法，其特征在于，按照公式(3)计算相对位置偏移指数ddistance(j)：

6.根据权利要求1所述的基于节点时-空连通度指数的gpsr路由协议优化方法，其特征在于，步骤3中，按照公式(4)根据时间相关性指数、空间相关性指数和相对位置偏移指数得到该邻居节点j的时-空连通度指数tsc：

技术总结
本发明提供一种基于节点时‑空连通度指数的GPSR路由协议优化方法。该方法包括：步骤1：源节点获取的目的节点的位置信息；步骤2：判断当前节点的邻居节点集合中是否存在离目的节点更近的邻居节点，若是，则采用贪婪转发策略进行数据传输；若否，则执行步骤3；步骤3：计算当前节点的邻居节点集合中的每个邻居节点的时‑空连通度指数，以时‑空连通度指数值最大的节点为当前节点的下一跳路由节点进行数据传输；步骤4：判断当前节点的邻居节点集合中是否存在目的节点，若是，则当前节点将数据直接发送至目的节点；若否，则返回执行步骤2，直至将数据传输至目的节点。

技术研发人员：余道杰,白艺杰,张治强,张杰,胡赟鹏,杜剑平,刘广怡,王怡澄,陈文武,梁丽月
受保护的技术使用者：中国人民解放军网络空间部队信息工程大学
技术研发日：
技术公布日：2025/2/5