一种dtn环境下基于位置和方向的优先级路由方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于网络通信技术领域，涉及一种DTN环境下的路由方法。
【背景技术】
[0002] DTNs即容迟网络，是新兴的一类需要临时建立连接的网络，该类型网络只有适用 于以下两种情况：一、应用于陆地移动网络：这种网络会因为节点的移动发生不可预期的 中断，还可能周期性地、可预期地发生中断；二、应用于战争、疾病领域的移动自组网：这种 网络将会在由于节点移动或人为干扰造成中断的不利环境下工作。DTNs会出现频繁、长期 的中断以及长时间的延迟。由于DTNs中没有保障端到端连接的机制，在固定拓扑结构的网 络中表现良好的路由协议并不适合DTNs。此外，在移动自组网中表现良好的传统路由协议， 如DSDV、DSR和A0DV等，也不能很好地适用于容迟网络。
[0003] 现今已有的容迟网络路由协议主要可以根据寻找目标节点所用的特性分为两类： 洪泛类和转发类。为了找到目标节点，人们利用了响应（replication)和感知（knowledge) 两种方法。响应被运用于洪泛类中，它利用不同算法来创造多个消息复本并管理这些复本。 而感知则被运用于转发类中，它使用不同的途径获取网络状态信息并利用这些信息来进行 路由决策。最早针对容迟网络提出的解决方案是Epidemicrouting(EPI)。EPI中所有节点 均被视为携带者，以确保高概率的消息投递。自此，大量改进的EPI协议被提出，包括针对 机会网络设计的Prioritizedepidemicrouting(PREP)和针对间歇性连接网络设计的概 率路由（probabilisticrouting)。PREP的核心思想是在束（bundle)消息上强加一个偏 序关系。概率路由则是在消息到达无法与其它节点建立连接的节点时，存储该消息直到节 点与外界得到联络。各节点需要设定概率阀值。当其投递概率超过阀值，仅证明此节点能 够接收该消息。此外，还有学者研究了利用网络拓扑结构来判断传输路径，提高路由效能， 例如源路由（sourcerouting)、单跳路由（per-hoprouting)、单接触路由（per-contact routing)和DTNhierarchicalrouting(DHR)。这些路由中，在通过网络拓扑结构找到最 佳路径后，消息会沿着该路径传输。在上述方法中节点通常通过最佳路径发送信号消息，所 以并不使用响应。在Du和Wang等人提出的协议中，设计了两层节点运动模型，将DTN分成 移动节点层和骨干节点层，结合移动节点的移动方向和相对位置提高算法的转发率和成功 率，但并没有考虑缓冲区的影响，协议通过设计的消息丢弃策略优化了缓冲区管理，但并没 有对延迟等问题进行进一步优化。
[0004] 很显然，在容迟网络中，延迟是不可避免的。但如何尽可能缩短延迟，同时保证高 效的路由选择性能和较小的缓冲区需求，并在此基础上保证协议的有效性、可靠性以及各 种需要的特性，还要尽可能地降低协议运行的计算开销和通信开销，成为一个亟待解决的 问题。考虑单方面问题已经没有办法满足消息传输对容迟网络路由协议的要求，需要多方 面综合考虑使各个因素相互配合、相互制约，以达到最优的效果。近年来如何优化容迟网络 路由协议备受关注，已经成为研究网络通信的一大热门方向，但是，已有的容迟网络路由协 议在各个方面的性能任然不能满足使用的要求，其较高的缓存需求和较大的计算和通信开 销成为阻碍其实际应用的重大屏障。
【发明内容】
[0005] 为解决上述问题，本发明公开了一种DTN环境下基于位置和方向的优先级路由方 法（LocationandDirectionAwarePriorityRouting，简称为LDPR)，将全球定位系统 (GPS)定位技术和接收信号强度指示（RSSI)技术应用于路由方法当中，通过在特定区域设 置有锚节点使用RSSI以帮助确定节点位置和移动方向的信息，并利用节点的位置和方向 信息使协议拥有高效的路由选择性能和高效的目标节点位置判别能力，通过消息优先级的 设计来减少协议对缓冲区大小的要求。
[0006] 为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
[0007] -种DTN环境下基于位置和方向的优先级路由方法，基于DTN网络进行节点之间 的信息传输，所述DTN网络包括锚节点和普通节点，所述锚节点之间能够直接通信，锚节点 中存储有所有能与该锚节点直接通信的普通节点的位置信息，其中节点之间的信息传输包 括如下步骤：
[0008] 步骤1.获取目标节点的位置：源节点通过锚节点寻找目标节点，锚节点查询自身 存储节点的列表或广播给其他锚节点从而获得目标节点的信息，锚节点将目标节点位置信 息传输至源节点S;
[0009] 步骤2?选定消息的下一跳节点：
[0010] 步骤2. 1.当目标节点在源节点的传输范围内时，源节点选定目标节点作为下一 跳节点；
[0011] 步骤2. 2.当目标节点不在源节点的传输范围内时，源节点寻找移动方向与消息 传输方向一致的节点作为跳转节点；
[0012] 步骤3.向下一跳节点传输数据：
[0013] 步骤3. 1.当接收消息节点的缓冲区不满时接收数据；
[0014] 步骤3. 2.当接收消息节点的缓冲区已满且缓冲区中不存在优先级低于或等于需 要传输消息优先级的数据时，节点拒收消息；
[0015] 步骤3. 3.当接收消息节点的缓冲区已满且缓冲区中存在优先级低于或等于需要 传输消息优先级的数据时，节点将最低优先级数据分配给传输范围内的其他节点或将其删 除丢弃；
[0016] 步骤4.以接收到消息的跳转节点为源节点，重复上述步骤1-3直至将消息最终传 输至目标节点。
[0017] 进一步的，当步骤3. 3中接收消息的节点传输范围内不存在缓存区空闲的节点 时，则接收消息的节点将优先级最低的消息删除丢弃；当步骤3. 3中接收消息的节点传输 范围内存在缓存区空闲的节点时，则将优先级最低的消息分配至缓存区空闲的节点中存 储。
[0018] 进一步的，当存在多个缓存区空闲的节点时，选择移动方向与接收消息的节点移 动方向一致的节点作为分配节点。
[0019] 进一步的，所述缓存区空闲的节点为可用空间超过存储空间1/2的节点。
[0020] 进一步的，当步骤2. 2中存在多个移动方向与消息传输方向一致的节点时，选择 最优的节点作为跳转节点。
[0021] 进一步的，当步骤1中源节点的传输范围内没有锚节点时，源节点将等待直到有 锚节点进入其传输范围内。
[0022] 有益效果：
[0023] 本发明具备高效的路由选择性能，能够使消息准确地、安全地送达目标结点，提高 分组投递率的同时降低了归一化路由开销和平均端到端延迟；此外，通过对消息的优先级 预判，保证在缓冲区不充足的情况下合理传输和丢弃消息，从而具有较小的缓冲区需求；同 时，在保证协议的有效性、可靠性的前提下尽可能地降低了协议运行的计算开销和通信开 销。本发明方法可以广泛地应用于各类容迟网络，例如星际网络、乡村网络、战争网络、野生 动物监控与追踪网络、移动Ad-hoc网络和无线传感器网络等。
【附图说明】
[0024] 图1为DTN网络的节点位置分布示意图；
[0025] 图2为DTN网络的节点位置分布示意图，其中目标节点处于源节点广播范围内；
[0026] 图3为DTN网络的节点位置分布示意图，其中目标节点处于源节点广播范围外；
[0027] 图4为通过结点位置信息计算其移动方向的示意图；
[0028] 图5为DTN网络的节点位置分布示意图，其中源节点广播范围内存在一个移动方 向与消息传输方向一致的节点；
[0029] 图6为DTN网络的节点位置分布示意图，其中源节点广播范围内存在两个移动方 向与消息传输方向一致的节点；
[0030] 图7为DTN网络的节点位置分布示意图，其中源节点广播范围内不存在移动方向 与消息传输方向一致的节点；
[0031] 图8为DTN网络的节点位置分布示意图，其中目标节点不在跳转节点的传输范围 内，且跳转节点传输范围内存在有移动方向与消息传输方向一致的节点；
[0032] 图9为DTN网络的节点位置分布示意图，其中跳转节点在接收消息时需要分配优 先