一种基于性能和社会属性的移动机会网络数据移交方法

一种基于性能和社会属性的移动机会网络数据移交方法
【技术领域】 [0001] ：本发明涉及一种基于性能和社会属性的移动机会网络数据移交方法， 属于计算机网络和普适计算的交叉领域。
【背景技术】 [0002] ：移动机会网络是一种通信链路间歇式连接的、采用存储-携带-转发模 式的自组织网络。移动机会网络中的数据移交一直是研宄的热点，其中节点的性能和属性 对移动机会网络转发性能有着重要的影响，包括中继节点和目的节点的接触概率、节点上 下文信息（地理位置、剩余能量、运动速度、邻居变化情况）、节点之间的社会关系等。典型 的移动机会网络数据移交策略包括：
[0003] (1)接触信息：利用节点之间的接触时长及接触次数确定转发策略，会导致某些 活跃节点过多作为中继节点转发数据而能量耗尽或者存储空间耗尽。
[0004] (2)节点情境信息：考虑结合节点的剩余能量、地理位置、运动速度和邻居变化情 况确定数据转发策略，从而达到最大化网络存活时间的目的，但没有考虑转发数据的类型 以及该节点与其他节点之间的联系，导致数据转发效率不高，总体能耗较大。
[0005] (3)节点社会关系：考虑了节点社会关系（通过统计节点之间的历史接触的规律 性并预测未来行为）确定转发策略，这种移交方式虽然更贴近实际，但是未来行为的预测 十分困难，目前无法做到准确的预测。
[0006] 本发明克服了这几种策略的缺点，融合各自的优点，综合节点的性能和社会属性 值来确定节点的转发策略，根据转发数据的不同类型动态计算每个节点的组合属性值。

【发明内容】
：
[0007]本发明提供一种基于性能和社会属性的移动机会网络数据移交方法。根据转发数 据的不同类型动态计算并比较节点的组合属性值，将组合属性值低的节点携带的数据转发 给组合属性值高的节点，根据数据类型，最终通过组合属性值高的节点将数据移交给目的 节点，或者利用属性值高的节点扩散数据。
[0008] 名词释义：
[0009]剩余能量Re:指节点的剩余电量；
[0010] 剩余存储空间RS :指节点剩余的内部存储空间与剩余的外部存储空间的和；
[0011]中心度Ce:指节点处于中心的程度，值为一段时间内该节点与其他节点相遇的总 次数，其中相遇是指两个节点彼此进入对方的通信半径内；
[0012] 紧密度C1 :指节点与目的节点之间亲密的程度，值为一段时间内该节点与目的节 点相遇的总次数；
[0013] 性能属性：包括剩余能量属性ReU、剩余存储空间属性RsU两个属性；
[0014] 社会属性：包括中心度属性CeU、紧密度属性C1U两个属性；
[0015] 数据类型：指被移交数据的类别，分为感知数据（用0表示）和工作数据（用1表 示）；感知数据指感知到的周边环境数据，在不同的应用中有不同含义，如在健康应用中， 可能是血压、心电、呼吸等个人体征，在环境监控中可能是co、co2等空气指数，这类感知数 据一般需要尽快移交给云端或者中心服务器做进一步的处理分析才有更大价值，因此感知 数据在移交时强调快速达到特定目的节点，工作数据指工作人员之间相互传递的交流信息 或者紧急的求助、公告信息，强调在网络中的快速扩散；
[0016] 数据优先级：指工作数据与感知数据的优先程度，决定组合系数值的分配，优先 级分为1、2、3、4个级别，优先级数值越大，则优先级别越高。数据优先级来自于节点自身 的选择。每种数据类型和数据优先级的组合对应不同的组合系数，组合系数向量定义为 (aa2,a3,a4)，分别是指剩余能量、剩余存储空间、中心度和紧密度的组合系数，不同数 据类型和数据优先级的组合对应的组合系数如表1所示：
[0017] 表1工作数据和感知数据优先级与组合系数对应表 [0018]
[0019]组合属性值：设组合系数向量为：（ai，a2,a3,a4)，分别是指剩余能量、剩余存 储空间、中心度和紧密度的组合系数，贝U节点i的组合属性值为propertyiiai^ReUi+a 2 ?RsUj+a3 ?CeUj+a4 ?ClUi；
[0020] 本发明的技术方案步骤如下：
[0021] 步骤一：数据[M](如表2)的持有节点A获取数据类型和优先级，计算节点A的剩 余能量Re、剩余存储空间Rs、中心度Ce和紧密度C1，写入握手报文[S](如表3)。
[0022]表 2 数据[M]
[0023]
[0024] 表3握手报文[S]
[0025]
[0026] 步骤二：当节点A需要转发数据[M]时，节点A广播握手报文[S]，若节点B与节点 A相遇，节点B接收节点A的握手报文[S]，并提取节点A握手报文[S]中的数据编号，若节 点B已经存在相同编号的数据，则节点B发送接收标记为0的确认报文[Q](如表4,确认报 文的接收标志位为〇表示不接收数据，确认报文的接收标志位为1表示准备接收数据，接收 标志位为2表示需要计算两个节点的组合属性值，再判断是否准备接收数据）给节点A(此 时确认报文[Q]接收标志位置〇,剩余能量、剩余存储空间、中心度、紧密度均置〇))，节点A 接收到接收标记为〇的确认报文，此次转发过程结束，转步骤一；若节点B不存在相同编号 的数据，转步骤三；
[0027] 步骤三：节点B提取节点A握手报文[S]中的数据类型进行判断，如果是感知数 据，则转步骤四，否则转步骤五；
[0028] 步骤四：节点B提取节点A握手报文[S]中的目的节点ID，如果节点B是目的节 点，则节点B发送接收标记为1的确认报文[Q]给节点A(此时确认报文[Q]接收标志位置 1，剩余能量、剩余存储空间、中心度、紧密度均置〇)，节点A接收到确认报文[Q]，则直接发 送数据[M]给节点B，整个转发过程结束；如果节点B不是目的节点，转步骤五；
[0029] 表4确认报文[Q]
[0030]
[0031] 步骤五：节点B发送一个接收标志位为2的确认报文[Q](节点B计算剩余能量、 剩余存储空间、中心度、紧密度填入到确认报文[Q]相应字段）给节点A，节点A接收到接收 标志位为2的确认报文[Q]，则转步骤六；
[0032] 步骤六：在节点A中，将A、B节点的剩余能量与剩余能量阈值（EMIN)进行比较， 同时将数据[M]所需存储空间与B的剩余存储空间进行比较，如果节点B的剩余能量小于 剩余能量阈值（EMIN)或者数据[M]所需的存储空间大于B的剩余存储空间，则不转发数据 [M]，转步骤一；
[0033] 步骤七：如果节点A的剩余能量小于阈值（EMIN)而节点B的剩余能量大于剩余能 量阈值（EMIN)且数据[M]所需的存储空间小于等于B的剩余存储空间，则节点A将自身携 带的数据[M]转发给节点B，转步骤十；
[0034] 步骤八：如果节点A、B的剩余能量都大于阈值（EMIN)且数据[M]所需的存储空间 小于等于B的剩余存储空间，则分别计算A、B的组合属性值propertyJPpropertyB;
[0035] 步骤九：比较A、B的组合属性值，如果A的组合属性值小于B，则将A需要转发的 数据[M]发送给B，否则转步骤一；
[0036] 步骤十：重复步骤一~步骤九，直到数据[M]移交给目的节点或者数据[M]生命期 结束。
[0037] 进一步的，对于步骤一和步骤五中，节点i的中心度的计算公式为 Pij(t)表示t分钟内任意节点j与节点i相遇的次数之和；紧密度的 尸
计算公式为Cli=qJt)，qjt)表示t分钟内，节点i与目的节点相遇的总次数。
[0038] 进一步的，步骤八步中剩余能量属性值）
'其中Rei为任意节点i 的剩余能量；剩余存储空间属性值为
其中RSi为任意节点i的剩余存储 空间；中心度属性值〕
紧密度属性值爻
[0039] 进一步的，在步骤八中，组合属性值的计算方法如下：
[0040] 节点i的组合属性值为property^a1?ReUi+a2 ?RsUi+a3 ?CeUi+a4 ?ClUi。
[0041] 有益结果：
[0042] 1、融合了性能属性和社会属性，增加了分组投递率，降低了转发次数；
[0043] 2、对各性能值进行了归一化处理，采用归一化后的属性值计算组合属性值，避免 了不同量纲导致的属性值不公平现象；
[0044] 3、对数据进行了分类处理，并制定了不同的优先级，符合实际应用的需求。
【附图说明】：
[0045] 图1 :基于性能和社会属性的移动机会网络数据移交流程图。
【具体实施方式】：
[0046] 下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
[0047] 假设A是非源节点，节点A需要移交感知数据[M]给目的节点，B是A通信范围内 的一个节点。源节点的ID为1，节点A的ID为2,节点B的ID为5,目的节点的ID为9。A 需要移交的感知数据[M]编号为10,内容为FFDD，生命周期为3小时，数据的优先级为2。A 的剩余能量为20 (单位为 百分数），剩余存储空间120 (单位为MB)，中心度为10 (单位为次 数），紧密度为15 (单位为次数），数据[M]所需要的存储空间为2 (单位为MB) ;B的剩余能 量为30(单位为百分数），剩余存储空间为80(单位为MB)，中心度为30(单位为次数），紧 密度为10 (单位为次数），B本地存有数据编号为15的数据。剩余能量的阈值设置为15 (单 位为百分数）。
[0048] 步骤一到步骤八如图1所示，下面进行详细的叙述。
[0049] 步骤一，节点A需要转发数据[M]，由已知可获得以下的内容：源节点ID为1，对应 的字段值为01，目的节点ID为9,对应的字段值为09,数据编号为10,对应的字段值为0A， 生命周期为3小时，化成分钟数为180分钟，对应的字段值为B4,数据类型为感知类型，对应 的字段值为〇〇,数据优先级为2,对应的字段值为02,数据为FFDD，对应的字段值为FFDD，当 前节点为A，故当前节点的ID为2,对应的字段值为02,A的剩余能量为20,对应的字段值 为14,A的剩余存储空间为120,对应的字段值为78,A的中心度为10,对应的字段值为0A， A的紧密度为15,对应的字段值为0F。将这些已知的值写入数据[M](如表5)和A的握手 报文[S](如表6)中；
[0050] 表5A需要转发的数据[M]
[0051]
[0052] 表6 A的握手报文[S]
[0053]
[0054] 步骤二，节点A广播握手报文[S]，当节点B与节点A相遇时，B接收到A广播的报 文，抽取出A的数据编号，发现A的数据编号（10)不等于自身存在的数据编号（15)，下一步 比较数据类型；
[0055] 步骤三，节点B抽取出A的数据类型，发现A要转发的数据类型为00,判断为感知 数据，下一步判断是否为目的节点；
[0056] 步骤四，将节点B的ID(5)与目的节点的ID(9)相比较可知B不是目的节点，然后 节点B发送一个接收标志位为2的确认报文[Q]给A，并计算B的剩余能量、剩余存储空间、 中心度和紧密度，分别计算得到剩余能量为30,对应的字段值为1E，剩余存储空间为80,对 应的字段值为50,中心度为30,对应的字段值为1E，紧密度为10,对应的字段值为0A，将这 些字段值分别写入确认报文[Q]中对应的字段，如表7 ;
[0057] 表7B的确认报文[Q]
[0058]
[0059] 步骤五，节点A接收到B的确认报文，抽取出各个字段，发现接收标志位为02,所 以进一步比较A、B的性能和组合属性值。将A的剩余能量与剩余能量阈值进行比较，发现 A的剩余能量（20% )大于阈值EMIN(15% )，同时数据[M]所需的存储空间（2MB)小于B 的剩余存储空间（80MB)。下一步计算组合属性值；
[0060] 步骤六，利用已给出的属性值公式分别计算各个属性值，计算得到A的剩余 能量属性值为〇. 4,剩余存储空间属性值为0. 6,中心度属性值为0. 25,紧密度属性值 为0. 6 ;B的剩余能量属性值为0. 6,剩余存储空间属性值为0. 4,中心度属性值为0. 75， 紧密度属性值为0. 4。因为A的数据类型为0,优先级为2,所以组合属性的系数值为 (0. 3, 0. 3, 0. 2, 0. 2)。进一步计算组合属性值，得到A的组合属性值为0. 45,B的组合属性 值为〇. 53 ;
[0061] 步骤七，比较A、B的组合属性值，发现A的组合属性值小于B的组合属性值，因此 A应该将数据[M]转发给B;
[0062] 步骤八，用B替代A，用B通信范围的某一节点替代B，重复步骤一~步骤七，直到 将数据[M]转发给ID为9的目的节点或者生命周期结束。
【主权项】
1. 一种基于性能和社会属性的移动机会网络数据移交方法，其特征在于： 数据移交的步骤为： 步骤一：数据[M]的持有节点A获取数据类型和优先级，计算节点A的剩余能量Re、剩 余存储空间Rs、中心度Ce和紧密度C1，写入握手报文[S]; 其中，数据数据[M]的格式为：源节点ID占用1字节，目的节点ID占用1字节，数据编 号占用1字节，生命周期占用1字节，数据类型占用1字节，数据优先级占用1字节，数据占 用N字节； 其中，握手报文[S]的格式为：当前节点ID占用1字节，目的节点ID占用1字节，数据 编号占用1字节，数据类型占用1字节，数据优先级占用1字节，剩余能量占用1字节，剩余 存储空间占用1字节，中心度占用1字节，紧密度占用1字节； 步骤二：当节点A需要转发数据[M]时，节点A广播握手报文[S]，若节点B与节点A相 遇，节点B接收节点A的握手报文[S]，并提取节点A握手报文[S]中的数据编号，若节点B 已经存在相同编号的数据，则节点B发送接收标记为O的确认报文[Q](如表4,确认报文的 接收标志位为O表示不接收数据，确认报文的接收标志位为1表示准备接收数据，接收标志 位为2表示需要计算两个节点的组合属性值，再判断是否准备接收数据）给节点A (此时确 认报文[Q]接收标志位置〇,剩余能量、剩余存储空间、中心度、紧密度均置〇))，节点A接收 到接收标记为0的确认报文，此次转发过程结束，转步骤一；若节点B不存在相同编号的数 据，转步骤三； 其中确认报文[Q]的格式为：接收标识位占用1字节，剩余能量占用1字节，剩余存储 空间占用1字节，中心度占用1字节，紧密度占用1字节； 步骤三：节点B提取节点A握手报文[S]中的数据类型进行判断，如果是感知数据，则 转步骤四，否则转步骤五； 步骤四：节点B提取节点A握手报文[S]中的目的节点ID，如果节点B是目的节点，则 节点B发送接收标记为1的确认报文[Q]给节点A (此时确认报文[Q]接收标志位置1，剩 余能量、剩余存储空间、中心度、紧密度均置〇)，节点A接收到确认报文[Q]，则直接发送数 据[M]给节点B，整个转发过程结束；如果节点B不是目的节点，转步骤五； 步骤五：节点B发送一个接收标志位为2的确认报文[Q](节点B计算剩余能量、剩余 存储空间、中心度、紧密度填入到确认报文[Q]相应字段）给节点A，节点A接收到接收标志 位为2的确认报文[Q]，则转步骤六； 步骤六：在节点A中，将A、B节点的剩余能量与剩余能量阈值（EMIN)进行比较，同时将 数据[M]所需存储空间与B的剩余存储空间进行比较，如果节点B的剩余能量小于剩余能 量阈值（EMIN)或者数据[M]所需的存储空间大于B的剩余存储空间，则不转发数据[M]，转 步骤一； 步骤七：如果节点A的剩余能量小于阈值（EMIN)而节点B的剩余能量大于剩余能量阈 值（EMIN)且数据[M]所需的存储空间小于等于B的剩余存储空间，则节点A将自身携带的 数据[M]转发给节点B，转步骤十； 步骤八：如果节点A、B的剩余能量都大于阈值（EMIN)且数据[M]所需的存储空间小于 等于B的剩余存储空间，则分别计算A、B的组合属性值propertyJP property B; 步骤九：比较A、B的组合属性值，如果A的组合属性值小于B，则将A需要转发的数据 [Μ]发送给B，否则转步骤一； 步骤十：重复步骤一到步骤九，直到数据[Μ]移交给目的节点或者数据[Μ]生命期结 束。2. 如权利要求1所述的方法，在步骤一和步骤五中，中心度Ce和紧密度Cl的计算方法 为： 节点i的中心度的计算公式爻1，Pij (t)表示t分钟内任意节点j与 节点i相遇的次数之和；紧密度的计算公式为Cli= q i (t)，qi (t)表示t分钟内，节点i与 目的节点相遇的总次数。3. 如权利要求1所述的方法，在步骤八中，剩余能量属性值、剩余存储空间属性值、中 心度属性值和紧密度属性值的计算方法如下： 剩余能量属性值为其中Rei为任意节点i的剩余能量；剩余存储空间属性值为_，其中Rsi为任意节点i的剩余存储空间；中心度属性值为 /紧密度属性值为4. 如权利要求1所述的方法，在步骤八中，组合属性值的计算方法如下： 节点 i 的组合属性值为 Propertyi= a 1 · ReUi+α 2 · RsUi+α 3 · CeUi+α 4 · ClUitj
【专利摘要】本发明提供了一种应用于移动机会网络中的数据移交方法，融合了节点本身性能和社会属性，从剩余电量、剩余存储空间、紧密度和中心度四个属性出发，对数据进行分类处理，按照优先级的不同设置不同的组合系数，从而使得本方法在移交不同类型数据时能够提供富有弹性的多种转发策略。本方法采用归一化带权组合属性作为数据转发决策的标准，避免了不同性能量纲不同造成的不公平现象，相对于传统的数据移交方法具有低电量、低存储空间需求和高成功率的特点，可广泛应用于移动机会网络数据移交的各类应用系统中。
【IPC分类】H04L12/813, H04W84/18
【公开号】CN104883323
【申请号】CN201510219758
【发明人】徐佳, 韩雪峰, 曹立成, 马广宏, 徐丽, 施明浩, 蒋凌云, 戴华
【申请人】南京邮电大学, 南京理工大学连云港研究院
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月4日