[發明專利]移動社交網絡中基于節點運動能量的數據轉發方法

有效

• 申請號: 201910274259.8
• 申請日: 2019-04-08
• 公開（公告）號: CN109962816B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 王青山;龍韜略;張漫漫;駱文娟;于曦;羅超虎;王琦;黃尉
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04W40/10
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司 34112
• 代理人: 余成俊

1.移動社交網絡中基于節點運動能量的數據轉發方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)、基于傳染病在多群體中傳播的動力學理論，建立基于網絡節點移動速度差異的數據包傳播模型，過程如下：

設網絡中所有的節點在一個固定的區域內活動，即區域面積不變；隨著時間的變化，網絡中節點的總數不變，記網絡中普通節點的總數為N，目的節點數目為1，即N為常數；同時設沒有新的節點進入網絡中，即對應于傳染病模型中的出生率和死亡率為0；

將網絡中的節點按照速度差異分為n類，同類節點速度相同；網絡中節點的集合表示為R＝{I₁,…,I_n,S₁,…,S_n}，其中，I_i(1≤i≤n)表示第i類帶包節點的數目，S_j(1≤j≤n)表示第j類不帶包節點的數目；

每類帶包節點可以與不帶包節點相遇，并且將數據包轉發給不帶包節點；然而節點的類型不同，相應的轉發概率也不同，這是由相遇的兩個節點類別決定的；當第i類帶包節點遇到第j類不帶包節點時，他們之間的轉發概率記為p_ij；轉發概率p_ij與節點的能量密切相關，帶包節點傾向于將包傳遞給能量更高的不帶包節點，當帶包節點遇到能量更高的不帶包節點時，帶包節點一定會把包傳遞給不帶包節點，否則帶包節點將以一定的概率轉發該數據包；

當第i類帶包節點遇到第j類不帶包節點時，第i類帶包節點將以概率p_ij轉發數據包，p_ij的定義如下：

其中E_i表示節點i的能量；

在許多常見的運動模式中，節點相遇時間間隔呈指數遞減，相遇時間間隔X近似服從指數分布：

其中x表示節點相遇時間間隔，λ是指數分布的參數；第i類節點和第j類節點的相遇時間記為t_ij，因此，兩類節點間的相遇概率β_ij為預期相遇時間間隔E(t_ij)的倒數：

相遇概率β_ij衡量了兩種節點間的相遇頻率；

根據相遇概率β_ij，建模如下：

其中，I_i(t)表示t時刻i類中帶包節點個數，S_i(t)表示t時刻i類中不帶包節點個數，β_k,ip_k,iS_i(t)I_k(t)表示第i類不帶包節點受到第k類帶包節點感染后，轉化為帶包節點的轉換速率；

不妨假設源節點和目的節點屬于第1類，當帶包節點遇到目的節點時，一定會將數據包轉發給目的節點，目的節點被感染后就會變成一個普通節點，因此β_k,iI_k(t)表示目的節點被k類帶包節點感染后，轉化為帶包節點的轉換速率；

因此，公式(4)的含義是第1類中的不帶包節點轉化為帶包節點的轉換速率，記為

同理，公式(5)的含義是第i類中的不帶包節點轉化為帶包節點的轉換速率，記為

公式(6)表示節點總數為N+1；

公式(7)和公式(8)給出了初始條件，假設源節點在第1類，它是初始時唯一的帶包節點；

公式(8)定義了每一類不帶包節點的初始值；

公式(9)的含義是初始時不帶包節點的總數；

(2)、根據步驟(1)建立的數據包傳播模型，通過解微分方程來計算傳遞延遲和網絡數據包拷貝數目，過程如下：

令T_d為數據包傳遞延遲，即數據包從源節點第一次傳遞到目的節點的時間，將它的累積分布函數CDF記為P(t)＝Prob(T_dt)；

讓P_N(t)表示當系統中節點個數為N+1，即N個普通節點和1個目的節點，變量T_d的累積分布函數；根據前面假設知目的節點在第1類，那么第i類節點和目的節點的碰面概率就是β_i,1，則有：

因此有：

其中，I_i(t)(1≤i≤n)是上述模型的解，E(I_i(t))是I_i(t)的期望；

則平均傳遞延遲為：

其中P_N(t)可以從公式(11)得到；

當數據包被轉發到目的節點時，系統中數據包的平均拷貝數E[Cep]也可以推導出來，因為它與數據包被轉發時系統中除了源節點外的受感染節點的平均數一致；對于所有的方案，除了基于計時器的方案外，當數據包被轉發時，不包括復制到目的節點的拷貝數與系統中受感染節點的平均數減去1一致，因此：

其中P′_N(t)表示P_N(t)的導數；

(3)、建立速率差異下基于節點運動能量的數據轉發方法MRSH，過程如下：

定義移動社交網絡中第i類節點的移動能量是第i類節點的速率v_i和第i類節點單位距離內遇到的其他節點的平均個數s_i的乘積，如下公式所示：

E_i＝v_i×s_i (14)

若節點u是帶包節點，節點w是不帶包節點，令c(x)表示節點x的類別，則節點u的類別為c(u)，節點w的類別為c(w)；

兩個節點相遇時，首先判斷節點w是否為目的節點，如果節點w是目的節點，則節點u將數據包直接轉發給目的節點；否則，節點u將以一定的轉發概率p_c(u),c(w)將數據包轉發給節點w，轉發概率p_c(u),c(w)可根據公式(1)計算得到。