DTN中基于節(jié)點鄰居變化率預(yù)測的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)算法

DTN中基于節(jié)點鄰居變化率預(yù)測的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)算法DTN中基于節(jié)點鄰居變化率預(yù)測的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)算法研究摘要：隨著DTN（DelayTolerantNetwork）通信技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機制對于實現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸和高效利用網(wǎng)絡(luò)資源起到關(guān)鍵作用。為了解決節(jié)點密度不均、節(jié)點移動較快等情況下數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率低下的問題，本文提出了一種基于節(jié)點鄰居變化率的預(yù)測算法。該算法將節(jié)點鄰居變化率作為預(yù)測指標，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中實現(xiàn)了對節(jié)點動態(tài)變化的有效感知?；陬A(yù)測結(jié)果，該算法能夠選擇更合適的節(jié)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而提高了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率和網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量。本文在ONEsimulator仿真平臺上對該算法進行了模擬實驗，實驗結(jié)果表明，該算法能夠有效提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性能，具有較好的應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞：DTN；預(yù)測算法；節(jié)點鄰居變化率；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；ONEsimulator1.引言DTN技術(shù)是近年來國際上新興的一種通信技術(shù)，其具有傳輸距離無限、傳輸質(zhì)量先進、適應(yīng)性強等優(yōu)點。其主要應(yīng)用領(lǐng)域包括深?？刂?、物聯(lián)網(wǎng)、消防救援等。DTN網(wǎng)絡(luò)通常有節(jié)點密度低、節(jié)點移動速度快等特殊情況，在這些情況下，數(shù)據(jù)傳輸效率會受到影響。因此，如何提高DTN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率，是當前研究的熱點和難點之一。節(jié)點鄰居變化率是指每個節(jié)點在一定時間內(nèi)其鄰居節(jié)點變化的比例。在DTN網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點的移動等原因，節(jié)點鄰居關(guān)系經(jīng)常變化，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率下降。本文試圖通過對節(jié)點鄰居關(guān)系的預(yù)測，實現(xiàn)對節(jié)點動態(tài)變化的有效感知，提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率，提高網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量。2.DTN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機制DTN網(wǎng)絡(luò)是一種基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)的通信網(wǎng)絡(luò)，與一般的網(wǎng)絡(luò)不同之處在于其缺乏端對端的永久連接。數(shù)據(jù)包在DTN網(wǎng)絡(luò)中通過不同節(jié)點進行中轉(zhuǎn)，直到最后到達目的節(jié)點。數(shù)據(jù)在傳輸過程中可能會出現(xiàn)斷鏈、延遲等情況，因此，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機制對于實現(xiàn)DTN網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)可靠傳輸和高效利用網(wǎng)絡(luò)資源起到關(guān)鍵作用。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機制通常分為兩種模式：基于流程圖的轉(zhuǎn)發(fā)機制和基于社交網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)機制?；诹鞒虉D的轉(zhuǎn)發(fā)機制是指根據(jù)節(jié)點之間的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，利用數(shù)據(jù)包的副本實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)的過程。基于社交網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)機制則是通過節(jié)點之間的社交關(guān)系進行轉(zhuǎn)發(fā)，即節(jié)點之間的轉(zhuǎn)發(fā)依據(jù)其社交關(guān)系來決定。3.節(jié)點鄰居變化率預(yù)測算法節(jié)點鄰居變化率是指每個節(jié)點在一定時間內(nèi)其鄰居節(jié)點變化的比例。在DTN網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點的移動等原因，節(jié)點鄰居關(guān)系經(jīng)常變化，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率下降。因此，通過對節(jié)點鄰居關(guān)系的預(yù)測，實現(xiàn)對節(jié)點動態(tài)變化的有效感知，提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率，具有重要的應(yīng)用價值。3.1算法描述本文提出的節(jié)點鄰居變化率預(yù)測算法基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實現(xiàn)。其主要流程如下所示：(1)獲取節(jié)點鄰居數(shù)據(jù)。在節(jié)點發(fā)起數(shù)據(jù)傳輸前，獲取其鄰居節(jié)點的信息，包括鄰居節(jié)點的種類、數(shù)量、位置等。(2)預(yù)處理輸入數(shù)據(jù)。按照一定規(guī)則處理輸入數(shù)據(jù)，如使用z-score標準化方法將鄰居節(jié)點數(shù)量歸一化。(3)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。使用歷史數(shù)據(jù)對模型進行訓(xùn)練，提取關(guān)鍵特征，并預(yù)測節(jié)點鄰居變化率。(4)選擇合適節(jié)點進行轉(zhuǎn)發(fā)。根據(jù)預(yù)測結(jié)果，選擇那些鄰居關(guān)系不穩(wěn)定而且變化率較小的節(jié)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。(5)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。將數(shù)據(jù)包發(fā)送至選擇的節(jié)點，并根據(jù)鄰居節(jié)點的動態(tài)變化不斷更新轉(zhuǎn)發(fā)策略，使得數(shù)據(jù)傳輸效率不斷提高。3.2算法優(yōu)點節(jié)點鄰居變化率預(yù)測算法具有以下優(yōu)點：(1)可預(yù)測性強。該算法采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對鄰居變化率進行預(yù)測，準確性較高，能夠有效提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率。(2)轉(zhuǎn)發(fā)策略靈活。該算法通過對鄰居節(jié)點變化率的統(tǒng)計，選擇更為合適的節(jié)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)更為靈活的轉(zhuǎn)發(fā)策略，從而提高了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率。(3)抗干擾性強。該算法能夠有效感知節(jié)點動態(tài)變化的狀況，并實時進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而提高了網(wǎng)絡(luò)抗干擾性和通信質(zhì)量。4.實驗結(jié)果與分析本文在ONEsimulator仿真平臺上對所提出的節(jié)點鄰居變化率預(yù)測算法進行了模擬實驗。在實驗中，對比了普通數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機制（即基于流程圖的轉(zhuǎn)發(fā)機制）與所提出的預(yù)測算法的效果。實驗結(jié)果顯示，所提出的預(yù)測算法能夠有效提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率，同時具有較好的可靠性和穩(wěn)定性。在網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)變化快、節(jié)點密度不均等情況下，該算法能夠更加傾向于選擇連接穩(wěn)定的節(jié)點進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸。5.結(jié)論與展望本文提出了一種基于節(jié)點鄰居變化率預(yù)測的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)算法，該算法能夠?qū)崿F(xiàn)對節(jié)點動態(tài)變化的有效感知，提高數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率和網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量。所提出的算法在ONEsimulator仿真平臺上進