[發明專利]飛行自組網中基于網絡連通性的副本自適應轉發路由方法

有效

• 申請號: 202110466123.4
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113207155B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 吳紅海;邢玲;馬華紅;桑倩倩;鄭國強;冀保峰;張高遠;謝萍;樊奕錚
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: H04W40/02
• 分類號: H04W40/02;H04W84/18;H04L43/0811
• 代理公司: 成都行之專利代理事務所(普通合伙) 51220
• 代理人: 溫利平

本發明公開了一種飛行自組網中基于網絡連通性的副本自適應轉發路由方法，飛行自組網中每個節點分別維護一個投遞預測值表，用于存儲該節點到其他節點的投遞預測值，在節點運動過程中會周期性地更新投遞預測值表；當節點需要發送數據包時，先對網絡連通性進行估計，如果網絡處于連通狀態，則根據鄰居節點到目標節點的投遞預測值篩選出最優節點，否則根據鄰居節點到目標節點的投遞預測值篩選出潛在節點，然后轉發數據包。本發明中節點可以根據估計的網絡連通性在局部決定轉發數據包副本的數量，結合投遞預測值來選擇轉發節點，提高了轉發路由的靈活性。

技術領域

本發明屬于飛行自組網技術領域，更為具體地講，涉及一種飛行自組網中基于網絡連通性的副本自適應轉發路由方法。

背景技術

近年來，多無人機執行任務的場景日趨廣泛，由多無人機組成的飛行自組織網絡具有配置靈活、覆蓋范圍廣等優勢。然而，由于節點的高移動性、隨機動態變化的拓撲等特點使得端到端之間不存在完整的傳輸路徑，節點間只能間歇性進行通信甚至長時間處于中斷狀態，只能依賴節點移動帶來的機會通信完成消息轉發，因此這類網絡屬于延時容忍網絡(delay tolerant networks,DTN)。為了支持飛行自組網中長時間的數據傳輸、間歇式的鏈路連通和機會性的節點接觸，亟需設計高效的消息傳輸策略來保證數據傳輸的成功率。

傳統的DTN網絡采用“存儲-攜帶-轉發”的模式轉發消息，即節點在收到消息后，沒有遇到合適的轉發節點時執行存儲消息，在移動過程中遇到合適的中繼節點時才執行轉發，通過這種方式實現網絡的數據收集和交換功能。常用的轉發策略有單副本轉發和多副本轉發兩種，單副本轉發策略即網絡中僅存一個消息副本來節省資源，但是如果攜帶此消息副本的節點轉發失敗，目的節點就不會接收到這個消息；在多副本轉發策略中，洪泛的消息副本會加劇網絡資源的消耗，降低網絡性能，尤其是在網絡資源受限的飛行自組織網絡中。因此，在使用多副本路由的網絡中進行副本數量控制是不可忽視的重要步驟。

大多數研究中使用預先設置副本數量閾值的方法來控制消息的副本數量，在傳輸消息之前先計算最佳的副本數并將它們分散到網絡的各個節點，通過節點的移動進行機會性傳輸。雖然前人提出的多副本傳輸算法在特定的應用場景下各有其優勢，但針對特殊的飛行自組織網絡中的數據傳輸問題，仍面臨一些關鍵挑戰：(1)消息轉發存在盲目性，會在網絡中產生過多的消息副本，消耗有限的緩存空間，甚至導致網絡擁塞；(2)在網絡頻繁中斷的情況下，傳統的機會轉發模式會造成較高的傳輸時延，頻繁重傳也會消耗有限的能量資源。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種飛行自組網中基于網絡連通性的副本自適應轉發(connectivity-based copy adaptive transmit,CCAT)路由方法，節點可以根據估計的網絡連通性在局部決定轉發數據包副本的數量，結合投遞預測值來選擇轉發節點，既利用了復制策略中多副本的高效性，又優化選擇了較為合適的中繼節點以控制數據包副本的數量，提高了轉發路由的靈活性。

為實現上述發明目的，本發明飛行自組網中基于網絡連通性的副本自適應轉發路由方法包括以下步驟：

S1：記飛行自組網的節點數量為N，每個節點分別維護一個投遞預測值表，用于記錄該節點到其他節點的投遞預測值；每個節點在加入飛行自組網時將其與其他節點的投遞預測值初始化為0，并為每個投遞預測值設置一個計時器進行計時；

每個節點會周期性地更新其投遞預測值表，具體方法為：節點廣播節點發現消息，其他節點在接收到該節點發現消息后會向其反饋投遞預測值表；記節點發現消息的源節點為節點i，i＝1,2,…,N，對于其他的任意節點j，j＝1,2,…,N且j≠i，如果節點i在廣播節點發現消息后的預設時間內接收到節點j反饋的投遞預測值表，則節點i首先采用以下方法更新節點i到節點j的投遞預測值DP_(i,j)：

DP_(i,j)＝DP_(i,j)old+(1-DP_(i,j)old)×DP_init