试述算法机会社会网络中基于社区消息传输算法

摘要:
针对机会网络中的主流转发协议未考虑到节点移动社会性的问题,提出一种基于副本限制和人类社会特性的路由算法。该算法根据节点间的社会关系强度,动态自适应地将节点划分为不同的社区,通过限制消息副本数来减少网络中消息的冗余,并利用活跃性高的节点带动消息的转发和传递。仿真结果表明,该协议能够保证较高的消息传输成功率和相对较低的传输时延,降低网络的资源消耗。
关键词:
机会网络;社会网络;社区;消息副本限制;路由协议
0引言
机会网络(OPportunistic NETwork,OPNET)是移动自组织网的演化,是一种源节点和目的节点之间可能不存在完整连通路径、利用节点移动带来的相遇机会实现网络通信的延迟和容忍网络。近年来,随着大量低成本、具有短距离无线通信能力的移动设备(如各种配有蓝牙或WiFi接口的智能手机、个人数字助理(Personal Digital Assistant,PDA)、掌上电脑和车载无线工具等)的大量普及,通过以人为载体的移动设备的相遇机会进行数据的交换,使得在不具备基础网络设施的情况下,出现了数据通信的可能,其典型应用如校园网络(Campus Network)和手持交换网络(Pocket Switched Network,PSN)。

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本文所提的社会网络[3],描述的是由人及其他移动交通工具所携带的无线通信设备所组成的网络,网络之间的通信利用其携带的短距离无线设备进行。所以这种社会网络是由多个社区构成的大型网络,而构成这种网络的每个成员又被看作是网络中的不同节点。检测若单纯利用人和交通工具所携带的移动设备进行通信,那么在某些时刻,社会网络内各个节点之间的通信可能具有间断性,所以这种社会网络又表现出机会网络的特点,即机会社会网络[4]。在这样的网络中,由于通信设备是由人携带的,人具有一定的社会性,所以节点的移动往往要受到人的社会活动的影响。在机会网络环境中,节点数据的交换需要利用节点间的相遇机会来完成,但真实的社会网络通信中经常体现出“小世界”的现象。因此探索人类活动的社会关系,能够使路由协议更加具有实用性和有效性。
1相关工作
近几年来,国内外的诸多科研人员已经对机会网络的转发协议进行了大量的研究,并取得了一定的科研成果。在以往的机会网络消息传输中,主要依靠节点的移动性,采用“存储—携带—转发”(StoreCarryForward,SCF)的方式来进行数据的传输。目前比较经典的路由传输策略,如Direct Delivery[5]、Epidemic[6]、Spray and Wait(SW)和Binary Spray and Wait(BSW)[7]、Spray and Focus[8]、PROPHET[9]等算法。这些算法基本上分为两类:单拷贝和多拷贝方式。多拷贝方式利用泛洪来增加网络中消息的副本数,提高消息的传输成功率,减少数据转发的延时开销,但是过多地耗费了网络的带宽资源和节点自身的能量,整体网络性能很低;单拷贝方式有针对性地选择合适的下一跳来进行数据的转发,能够有效地降低网络负荷,但这样会导致传输延时过大,且在效用预测不准确时还会降低消息的传输成功率。
文献[10]提出一种利用社会结构进行消息传输的标签策略(Label),它为每个节点创建标签,代表其所属社区。若两个节点标签相同,说明这两节点同属于一个社区。如果将消息转发给目标社区的节点,此节点极有可能遇到目标节点,则消息的转发成功率就较高。因此,在标签算法中消息传输时,只需把消息传输给目标节点,或者与目标节点标签相同的其他节点。但是,该算法节点等待遇到目标社区时才进行消息的转发,网络延迟较大。
文献[11]提出一种在延迟容忍网络中基于社区的消息传输算法——Bubble Rap,该算法为每个节点设计了两种排序表:全局排序表(global ranking)和社区排序表(local ranking),即节点分别在整个网络中和本社区内活跃度的排名。当进行消息传输时,源节点首先按照全局排名向等级高的节点传输消息,直到遇到与目标节点同一社区的相似度检测节点;然后相似度检测节点再按照社区排名向等级高的节点转发消息,直到遇到目标节点为止。该算法使用单拷贝的消息传输方式,消息传输成功率较低,传输网络延迟较大。
针对当前大量存在的由人携带的移动设备而组成的手持携带网络,充分考虑机会网络的社会性,本文提出一种基于社区的机会社会网络消息传输算法(Opportunistic Social Network based on Community of Message Tranission Scheme,OSNCMTS)。该算法根据节点的接触频繁程度和周期性统计,对社会网络的社区进行动态的划分。在社区内部,基于限制最大消息副本数的思想对消息进行转发,在保证了较高的消息送达率的同时减少了网络资源的耗费;在社区间,利用社交权值的大小完成社区间消息的快速转发,不仅有效降低了消息进入目标社区的延时,更提高了网络带宽的使用率。
2模型与社区划分

2.1模型定义

5结语
本文围绕机会社会网络中存在社区结构特性这一主题,提出了一种基于社区的机会社会网络的消息传输算法,目标是在机会社会网络中以较高的传输成功率和较低的资源消耗完成可靠的消息传输。本文首先对机会社会网络的技术背景和应用场景进行叙述,对已有的机会网络主流的路由算法及社会网络中的问题进行了分析,针对社区内节点联系紧密、社区间联系稀疏的特点,提出了OSNCTMS算法。实验结果表明,OSNCTMS算法有效地降低了平均传输延迟和网络开销,同时还达到了较高的消息传输成功率。本文使用的社区划分策略需要依赖怎么写作器对相遇数据的统一收集和控制,并且网络中拥塞和流量控制的问题还需要今后进一步的研究。

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