基于整体活跃度的社会网络路由优化方法

技术领域

本发明属于移动容迟网络领域，具体涉及一种社会网络路由优化 方法。

背景技术

容迟网络(delay tolerant networks，DTN网络)是在2002年的ICIR 会议上由Fall首次提出的一种面向节点的覆盖层网络体系结构，主要 特点是是网络拓扑结构动态变化、节点间的连接具有间歇性、报文传 输延迟较高。星际网络、传感器网络、AdHoc网络、社会网络等都是 DTN网络的典型应用。

社会网络是从现实生活中抽象出来的一种DTN网络类型。在现 实生活中，城市中的每个社区是固定不变的，但人和交通工具是时刻 变化的，人的活动范围较小，交通工具的活动范围较大。同时，人和 交通工具在某个社区内的停留时间也不同，比如交通工具在某个社区 内的停留时间总体上要比人在社区内停留的时间短。

对这样的社会网络进行抽象，将携带移动通信设备的人和交通工 具看作为网络中的节点，将社区看做是大网络中的区域(子网络)。 实际中，大网络中的每个区域是固定不变的，而网络中的节点却是不 断变化的，有的节点只在一个区域中活动，有的节点在某几个区域间 活动，还有些节点活动的范围最大，在很多个区域间活动。图1为抽 象的社会网络模型。

在社会网络路由策略中，对节点性能评价指标为social activity、 degree centrality、closeness centrality等。这些指标或者考虑了节点本 身能够到达的社会网络中的区域的个数，或者考虑了节点与其他节点 的链接状况，但是缺没有考虑与节点相连的其他节点的性能，导致消 息传递时选择不理想的节点，使得传递效率变低等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种社会网络路由优化方法，通过选择合 理的节点性能评价标准提高了路由性能。

基于整体活跃度的社会网络路由优化方法，具体为：在节点A与B 相遇时，分别计算两节点的整体活跃度，选择整体活跃度最大值对应 的节点传送A节点携带的报文；

所述整体活跃度的计算公式为：

${\mathrm{SA}}_d\left(p_i\right)=\mathrm{SA}\left(p_i\right)+\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}a(p_i,p_k),$

其中，

$\mathrm{SA}\left(P_i\right)=C_{P_i}{e}^{-\lambda T_{P_i}}{e}^{-\mu k_{P_i}}$

为该节点经过网络中区域的数目；为该节点停留在上一个区 域内时间的的时间；λ为平滑因子；为节点经过当前区域的次数； μ为衰减系数，N为网络中的节点总数。本发明提供了新的节点性能 评估策略，以此来指导社会网络路由策略中报文的转发。具体而言， 本发明具有以下特点：

(1)：对节点的邻接节点集合的分析，综合地考察通过该节点能 到达的区域的个数，可以更准确地描述该节点在社会网络中的活跃度， 从而提高路由时消息转发的合理性。

(2)：根据整体活跃度对传染策略进行优化，只有遇到性能更好 的节点时才将消息转发，避免了消息的大量复制，从而很大程度上降 低了网络负荷。

(3)：节点整体活跃度的维护策略：在与其它节点建立连接之后 更新节点活跃度链表，在计算节点的整体活跃度。

附图说明

图1是社会网络基本模型。

图2是本发明方法流程图

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步说明。

本发明通过分析节点Pi及其相邻的节点集合的社会活跃度(social activity)来对相邻节点集合的性能进行评价，根据评价节点a的中心 度(degree centrality)的方式来对节点社会活跃度进行评价。

社会活跃度表征节点经过的区域个数以及在区域内所停留的时 间。SA是表征节点在网络中活跃程度的物理量，SA的大小与节点 在一段时间内经过区域数目的多少，以及停留在上一个区域内时间的 多少有关。对于不同的节点，SA越大，表示这个节点在网络中越活 跃。SA的大小与节点经过区域的多少成正比，而与其停留在区域内 时间的长短成反比。将节点的活跃度公式定义为：

$\mathrm{SA}\left(P_i\right)=C_{P_i}{e}^{-\lambda T_{P_i}}{e}^{-\mu k_{P_i}}$

其中：为该节点经过网络中区域的数目；为该节点停留在 上一个区域内时间的的时间；λ为平滑因子；为节点经过当前区域 的次数；μ为衰减系数。

中心度(degree centrality)表征与指定节点直接相连的节点的数量。 中心度高的节点会有更高的概率与社会网络中大部分其它节点相连， 可把它看作与其它节点联系较密切的流行节点。因此可以认为中心度 较高的节点在社会网络的拓扑结构中处于较为重要的位置，可以充当 信息交流传输的重要渠道；相反，中心度低的节点在社会网络的拓扑 结构中处于网络边缘，不适合作为传输信息的中间节点。将节点的中 心度公式定义为：

$C_D\left(p_i\right)=\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}a(p_i,p_k)$

当指定节点p_i与其它节点p_k(i≠k)相连时，a(p_i，p_k)＝1；否则 为a(p_i，p_k)＝0，N为网络中的节点总数。

社会活跃度仅考虑了节点本身的移动特征，没有考虑相邻节点的 性能，如果该节点没有相邻节点或者相邻节点仅在很小的范围内移动， 那么该节点必然不是传输报文的较好选择。同样中心度也有类似的问 题：节点的中心度高仅代表与它相连的节点数量多，这可能仅仅是因 为该节点在它的活动区域内流行度高，并不代表它在整个网络中的流 行度高，因此仅通过中心度来估计节点的性能是比较片面的。为了更 好地描述节点的性能，引入整体活跃度的概念。

整体活跃度定义为某节点以及与其存在连接的节点的社会活跃 度的总和，从定义可以知道整体活跃度代表某节点及与其存在连接点 节点经过的社会网络中的区域的总和，计算公式为：

${\mathrm{SA}}_d\left(p_i\right)=\mathrm{SA}\left(p_i\right)+\underset{k=1}{\overset{N}{\Sigma }}a(p_i,p_k)$

当节点p_i，p_k存在连接时，a(p_i，p_k)＝SA(p_k)，否则a(p_i，p_k)＝0

采用这种计算方式可以有效地避免中心度高但节点社会活跃度 低或者社会活跃度高但中心度低等特殊情况的出现，因此整体活跃度 高的节点必然具备中心度高和社会活跃度高这两种特性，是优秀的转 发节点。

本发明采用传染路由策略，即：如果一个节点与另一个节点相遇， 它们之间将会互相转发彼此没有的报文。因此，信源节点可以无限制 地将报文多次转发给相遇的中继节点，这样导致蔓延路由下网络中同 一报文数目将会很多，从而大大增加了网络负担，易导致网络拥塞。 因此在社会网络中会对传染路由进行优化，对是否转发报文给它的下 一跳节点设置一定的限制，使得当遇到一个比自己能力更强(更合适) 的节点时才将报文转发给这个下一跳节点，这样可以有效地减小网络 的开销。

参见图2，在社会网络中，当两个节点相遇时首先交换彼此的整 体活跃度大小，再根据节点的整体活跃度来决定报文是否转发。如果 相遇节点的整体活跃度大于所携带报文的节点，那么节点将所携带的 报文拷贝转发给此相遇的中继节点；否则不转发。如果所相遇的节点 是信宿节点，不论相遇节点的平局活跃度有多大，都将报文转发给此 相遇的节点。

节点维护整体活跃度的步骤如下：

1：维护节点的连接表，表的内容是层与该节点相连的节点编号 及其社会活跃度，当节点与某一节点相遇是进行更新。

2：若相遇节点编号不在连接表中则将相遇的节点信息加入连接 表中，并更新节点的整体活跃度。

3：若相遇节点编号在连接表中，则查询连接表中该节点的信息， 更新节点的整体活跃度。

本发明的节点性能评价指标不局限于传染路由策略，在其它的单 副本和多副本路由策略均可应用，例如在典型的单副本路由策略-概 率路由策略中采用本发明整体活跃度替代连接概率，在典型的多副本 路由策略-喷射等待路由策略中利用本发明整体活跃度决定相遇的 两个节点携带副本的比例。