用于机会网络路由的区分化概率转发方法

摘要

本发明提供了一种用于机会网络路由的区分化概率转发方法，该方法是根据网络中多个节点U＝{u₁，u₂，…u_i，…u_N}的各自初始能量值{e₁，e₂，…e_i，…e_N}，分别为每个节点分配一个互不相同的转发概率值，式中，自然数i是节点序号，其最大值是N；则每个节点u_i的转发概率为p_i，且0＜p_i≤1；当该节点u_i遇到其他节点时，都以其转发概率p_i向其他节点转发报文；该方法包括下列两个操作步骤：(1)求解确定所有节点转发概率的期望值；(2)分别确定每个节点的转发概率。本发明能够在满足网络总能量消耗的限制条件下，能够实现报文传输延迟的最小化，并使得网络寿命最大化。

主权项

1.一种用于机会网络路由的区分化概率转发方法，其特征在于：根据网络中多个节点U={u₁,u₂,…u_i,…u_N}的各自初始能量值{e₁,e₂,…e_i,…e_N}，分别为每个节点分配一个互不相同的转发概率值，式中，自然数i是节点序号，其最大值是N；则每个节点u_i的转发概率为p_i，且0<p_i≤1；当该节点u_i遇到其他节点时，都以其转发概率p_i向其他节点转发报文；该方法包括下列两个操作步骤：（1）求解确定所有节点转发概率的期望值；该步骤包括下列操作内容：（11）确定优化目标：当网络传输负载小于设定阈值时，应使报文发送成功率达到最大化，其数学表述式为：$\begin{array}{cc}\mathrm{Maximize}& F\left(T\right)\\ s.t.& I\left(T\right)\le \psi \end{array};$式中，T为网络运行时间，F(T)为报文在T时间内被目的节点成功接收的概率，Maximize f(x)表示f(x)的最大值；I(T)为在T时间内彼此相遇并互换对方缓存队列中相异报文的节点数，即每个报文在网络中的拷贝次数、网络传输的负载或网络消耗的能量值，s.t.f(x)表示f(x)的限制条件；ψ是设定的网络传输负载的阈值；（12）根据传染病模型，推导得出上述数学表达式I(T)和F(T)的计算公式分别为：$I\left(T\right)=\frac{N}{1+(N-1)e^{-E\left(p\right)\mathrm{\beta NT}}}$和$F\left(T\right)=1-e^{\beta {\int }_0^{T}I\left(s\right)\mathrm{ds}};$式中，N为网络中的节点数，E(p)为所有节点转发概率{p₁,p₂,…p_i,…p_N}的期望值，β为节点间的接触频率，s为积分变量；（13）因F(T)具有单调性，上述步骤（11）中的数学表述式能够转换为下述优化问题：$\begin{array}{cc}\mathrm{Maximize}& {\int }_0^{T}I\left(s\right)\mathrm{ds}\\ s.t.& I\left(T\right)\le \psi \end{array};$进而求得所有节点转发概率的期望值为：$E\left(p\right)=\frac{1}{\mathrm{\beta NT}}\ln \frac{\psi (N-1)}{N-\psi };$（2）分别确定每个节点的转发概率；该步骤包括下列操作内容：（21）确定第二个优化目标：在整个网络生命周期中，要求所有节点在其消耗的能量不大于其初始能量值的基础上，使其网络生命周期达到最大化；其数学表述式为：$\begin{array}{cc}\mathrm{Maximize}& Z\\ s.t.& \left\{\begin{array}{c}{I}_i\left(T\right)Z\le e_i\\ 0<p_i\le 1\end{array}\right.\end{array};$式中，Z为在网络生命周期中成功传递的报文数，e_i为第i个节点u_i的初始能量值，该节点u_i的限制条件I_i(T)为：该式表示在T时间内该节点u_i将其报文传递给其他节点的节点数，即节点u_i拷贝其报文的次数、节点u_i的网络传输负载或网络消耗的能量值；（22）因为根据步骤（12）得到：故步骤（21）的每个节点u_i的优化目标被描述为：$\begin{array}{cc}\mathrm{Maximize}& Z\\ s.t.& \left\{\begin{array}{c}\psi \frac{p_i}{E\left(p\right)N}Z\le e_i\\ 0<p_i\le 1\end{array}\right.\end{array};$只要对该优化目标的数学式求解，就获得每个节点u_i的转发概率p_i。