[发明专利]基于移动协助的延迟容忍网络路由方法

说明书

技术领域

本发明属于延迟容忍无线传感器网络技术领域，具体涉及基于移动协助的延迟容忍网络路由方法。

背景技术

近年来，为了满足野生动物监测、海洋监测、车载网络和便携设备交换网络等应用的需求，延迟容忍传感器网络(Delay Tolerant Network,DTN)成为了新的研究热点。但是由于网络中传感器节点的随机移动、网络的间歇连通以及网络拓扑的动态变化，使得延迟容忍网络路由技术成为了一个研究的重点与难点。

目前，根据网络中基站的位置是否固定，延迟容忍网络路由方法主要有以下几种：

1)固定基站。基于固定基站下的延迟容忍网络路由方法较多，基站大多位于网络的中心位置。Vahdat A等人在2000年提出了Flooding路由方法，该方法与某些传染病的传播方式类似，因而被称为传染性路由，也叫洪泛路由。每当两个移动节点相遇时，移动节点互相交换队列中的缓存消息，获得对方节点队列中自己缺少的那部分消息。PROPHET路由方法是Lindgren A等人在2003年提出了第一个基于历史信息的延迟容忍网络路由方法。作者认为：许多目标对象的移动行为不是完全随机的，而是具有一定的规律性，如果两个目标对象在过去的一段时间内频繁相遇，那么不久后两个目标对象很有可能再次相遇。因此，节点的路由选择是以邻居节点在过去一段时间内成功转发数据记录为依据。SRAD(Selective Replication-Based Data Delivery)路由方法是延迟容忍网络中最早提出的基于运动状态的路由方法之一，该方法根据节点的运动速度、运动方向以及节点与基站的距离三个因素计算节点的数据传输概率。

2)移动基站。ZebraNet System是应用于野生动物的监测。在斑马的生活区域20km×20km，研究员利用基站以车载的形式进行数据的采集。基站首先按照方形路径5km×5km运动，运动完一周后再按照方形路径15km×15km运动，交替进行。移动基站每天工作3小时，从下午2点到下午5点，运动速度的范围为8m/s到30km/h之间。一旦工作完3小时，基站立即停止工作，第二天从该位置重新开始。吴亚辉等人提出了基于状态感知的路由方法(Situation-Aware Routing Method,SRAM)。该方法中基站与节点都是随机移动的。该方法根据节点到基站的相对距离以及节点与基站的相对速度两个方面计算数据的传输概率。

相比于延迟容忍网络中固定基站网络模型中的路由方法，基于移动基站的路由方法以一定的概率增大了节点与基站相遇的频率，但是这种网络模型的改进并没有明显提升网络的性能。因为无论是固定基站或是移动基站，基站覆盖的范围总是固定的，网络中所有的移动节点总是需要运动到基站附近时才能与基站通信，因此源节点仍然需要较多次数的转发才能将数据传输至基站，造成节点过快的能量消耗，影响网络寿命。

发明内容

本发明针对现有延迟容忍网络路由方法的不足，提出了基于移动协助的延迟容忍网络路由方法。该方法利用移动协助的网络模型，采用基于运动状态的路由策略，有效地延长了网络寿命、增大了数据传输成功率。该方法包括网络模型的建立和数据路由两个阶段，具体步骤如下：

1)网络模型的建立。本发明网络模型的建立包括网络初始化、基站移动策略的实现以及缓存节点的部署三个部分。首先进行网络初始化完成后，根据公式算出基站的固定移动轨迹半径，根据公式计算需要部署的缓存节点的数量，根据公式计算缓存节点的初始能量，网络模型如图2所示。