一種基于時(shí)空關(guān)系的移動(dòng)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由方法技術(shù)

目前大量路由算法根據(jù)歷史記錄進(jìn)行路由，數(shù)據(jù)被傳輸?shù)脚c目的節(jié)點(diǎn)歷史通信次數(shù)最大的節(jié)點(diǎn)。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)以個(gè)人節(jié)點(diǎn)移動(dòng)規(guī)律為出發(fā)點(diǎn)，根據(jù)單個(gè)節(jié)點(diǎn)自身的移動(dòng)特性，引入了行程歷史模型。通過(guò)存儲(chǔ)在行程歷史模型中的人類(lèi)活動(dòng)軌跡，可以分析出人類(lèi)移動(dòng)的時(shí)間和空間特征，從而可以采用決策樹(shù)等機(jī)器學(xué)習(xí)方法對(duì)節(jié)點(diǎn)的下一步移動(dòng)作出預(yù)測(cè)。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)基于該行程歷史模型指導(dǎo)路由，提出了人類(lèi)社會(huì)下時(shí)空關(guān)系的路由算法STC。根據(jù)當(dāng)前時(shí)段節(jié)點(diǎn)（人）的移動(dòng)目的地預(yù)測(cè)信息，并結(jié)合最近時(shí)間段內(nèi)該節(jié)點(diǎn)的歷史訪(fǎng)問(wèn)記錄選擇下一跳節(jié)點(diǎn)，始終把數(shù)據(jù)朝著最有可能與目的點(diǎn)通信的節(jié)點(diǎn)傳送。實(shí)驗(yàn)顯示該算法有效地改善了網(wǎng)絡(luò)的傳輸性能。

Mobile social network routing method based on time-space relation

At present, a large number of routing algorithms are routed according to the historical records, and the data is transmitted to the node with the largest number of nodes communicating with the destination node. Based on the moving rule of the individual node, a travel history model is introduced in this paper. Through human activities in the course of historical trace is stored in the model, you can analyze the temporal and spatial characteristics of human movement, which can be used to machine learning methods such as decision tree node of the next mobile forecast. Based on the itinerary history model, this paper proposes a routing algorithm for spatio-temporal relationship in human society STC. According to the current time node (person) mobile destination information, combined with the recent period of time the node history access record selects the next hop node to transmit data, always put towards the most likely point and purpose of the letter. The experimental results show that the proposed algorithm can effectively improve the transmission performance of the network.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)屬于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)
，具體是一種用于移動(dòng)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的路由方法。
技術(shù)介紹
隨著通信和科技的進(jìn)步，手持設(shè)備的功能日益完善，這就使得便攜式手持設(shè)備（如手機(jī)、PDA、筆記本電腦等）中通常存在大量尚未開(kāi)發(fā)的可用資源和信息，包括無(wú)線(xiàn)帶寬、存儲(chǔ)容量、CPU和多媒體數(shù)據(jù)等。由人隨身攜帶著的這些移動(dòng)通信設(shè)備能夠相互通信并互聯(lián)成為一個(gè)自組織的移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)，以達(dá)到數(shù)據(jù)或信息的共享。從這類(lèi)移動(dòng)傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特性來(lái)看，這類(lèi)網(wǎng)絡(luò)是延遲容忍網(wǎng)絡(luò)中的一種，由于網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)傳感器節(jié)點(diǎn)具有便攜性的特點(diǎn)，早期被稱(chēng)為口袋交換網(wǎng)絡(luò)(PocketSwitchedNetwork,PSN)。而網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)特征和人的活動(dòng)規(guī)律一致，通常具有一定的社會(huì)特征，因此又被稱(chēng)為移動(dòng)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)（MobileSocialNetwork，MSN）。對(duì)于MSN網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)由人攜帶，人與人之間的社會(huì)關(guān)系與社會(huì)行為的規(guī)律性，形成了一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的連接關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)也具有人的一些社會(huì)特性。MSN網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的DTN網(wǎng)絡(luò)，是延遲容忍網(wǎng)絡(luò)和人際社會(huì)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合產(chǎn)物，具有這兩種網(wǎng)絡(luò)的特性，既有延遲容忍網(wǎng)絡(luò)的間斷性連接的特點(diǎn)，又符合了人的社會(huì)行為規(guī)律特征。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)具有間歇連通的特性后，數(shù)據(jù)的路由不再是連續(xù)的通過(guò)多跳的中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到目的節(jié)點(diǎn)。由于DTN網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的連通性隨著節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)而頻繁變化，節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)只能發(fā)生在與其他節(jié)點(diǎn)相遇的時(shí)候。因此DTN網(wǎng)絡(luò)通常采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)（store-and-forward）的方式傳送數(shù)據(jù)，即當(dāng)節(jié)點(diǎn)周邊沒(méi)有鄰居節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)保存在緩存中移動(dòng)；當(dāng)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相遇后，雙方建立無(wú)線(xiàn)會(huì)話(huà)，完成數(shù)據(jù)的路由和存儲(chǔ)，隨后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至下一個(gè)遇到的節(jié)點(diǎn)，直至傳送至目的節(jié)點(diǎn)。此外，用戶(hù)之間的信息交互并不一定總要通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行。通過(guò)對(duì)某大學(xué)實(shí)驗(yàn)室70人的問(wèn)卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，約50%的電子郵件交流是在他們每天遇見(jiàn)的人當(dāng)中進(jìn)行的，并且互聯(lián)網(wǎng)提供的信息也并不總是能夠滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。因此我們?cè)O(shè)想不久的將來(lái)眾多人類(lèi)便攜式設(shè)備可以動(dòng)態(tài)的連接成網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)，人與人之間可以通過(guò)手持設(shè)備互傳各種可用信息，互享設(shè)備中的可用資源。當(dāng)前存在著幾十億持有便攜式手持通信設(shè)備的人們，可以想象，使用這些隨著攜帶手持通信設(shè)備的人們將組成世界上最大的移動(dòng)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)，使人們的社會(huì)生活和物理世界真正交融在一起，如能有效利用，將能產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，隨著智能手機(jī)的普及，越來(lái)越多的人將持有移動(dòng)智能終端設(shè)備，根據(jù)MobileTeleSystems的預(yù)測(cè)，使用智能終端設(shè)備的人數(shù)將得到爆炸式的增長(zhǎng)。移動(dòng)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)具有人類(lèi)活動(dòng)的規(guī)律性，通過(guò)對(duì)人的活動(dòng)規(guī)律的研究，合理地利用節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性特征，設(shè)計(jì)出滿(mǎn)足應(yīng)用需求的路由技術(shù)，從而提高路由效率，具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)是采用如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，一種基于時(shí)空社區(qū)的路由方法，包括以下步驟：建立行程歷史模型人的移動(dòng)可以用一系列包括時(shí)間和地點(diǎn)信息的移動(dòng)行程描述。在通常情況下，在人類(lèi)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，目的地和時(shí)間是最關(guān)注的對(duì)象。因此，通過(guò)手持設(shè)備不斷記錄經(jīng)過(guò)的GPS位置，我們可以將人的移動(dòng)行程表示成出發(fā)時(shí)間、出發(fā)地點(diǎn)、中途停留時(shí)間、停留地點(diǎn)、改變移動(dòng)方向時(shí)間、移動(dòng)方向、到達(dá)時(shí)間以及到達(dá)地點(diǎn)等數(shù)據(jù)的記錄，對(duì)于某人的移動(dòng)行程記錄的集合也就構(gòu)成了他活動(dòng)的行程歷史。節(jié)點(diǎn)移動(dòng)預(yù)測(cè)當(dāng)建立了自身的行程歷史記錄后，可以采用決策樹(shù)來(lái)預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)。通過(guò)上面的存儲(chǔ)在手持設(shè)備中的行程歷史數(shù)據(jù)，我們可以構(gòu)建出決策樹(shù)，如圖1所示。對(duì)于每一個(gè)葉節(jié)點(diǎn)，選擇下一個(gè)Destination的概率p記為：(1)式(1)中是在葉節(jié)點(diǎn)處類(lèi)行程的數(shù)量，是該節(jié)點(diǎn)所有行程的數(shù)量。由于人出發(fā)運(yùn)動(dòng)時(shí)，已知當(dāng)前的時(shí)間和所在的位置，決策樹(shù)可以通過(guò)Day、Time和Source的值找到具有最大概率的葉節(jié)點(diǎn)，并選擇該Destination為初始預(yù)測(cè)目的地。在人的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，手持設(shè)備將每隔一段時(shí)間（如5分鐘）檢測(cè)當(dāng)前自身所處的位置是否與通往預(yù)測(cè)的Midpoint或Destination相符。如果不符，則會(huì)重新計(jì)算預(yù)測(cè)目的地概率：(2)式(2)中是除去所有不可達(dá)目的地后其余行程記錄總數(shù)。在此之后，手持設(shè)備將選擇最大概率葉節(jié)點(diǎn)所表示的Destination或Midpoint作為新的預(yù)測(cè)目的地。統(tǒng)計(jì)節(jié)點(diǎn)相遇表我們假設(shè)每個(gè)節(jié)點(diǎn)Vi都保存一張表，用來(lái)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)Vi和其他節(jié)點(diǎn)的相遇次數(shù)以及相遇節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前目的地預(yù)測(cè)信息，如表1所示。表1節(jié)點(diǎn)的相遇表如果人在移動(dòng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)移動(dòng)目的地與當(dāng)前預(yù)測(cè)目的地不符，或者某人需要開(kāi)始下一個(gè)行程（比如下班回家），此時(shí)目的地需要重新進(jìn)行預(yù)測(cè)。設(shè)節(jié)點(diǎn)Vi的預(yù)測(cè)目的地發(fā)生改變，則節(jié)點(diǎn)Vi會(huì)發(fā)送一個(gè)特殊消息給它鄰居范圍內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)，此消息應(yīng)包含節(jié)點(diǎn)i的編號(hào)和新的目的地預(yù)測(cè)信息。相遇節(jié)點(diǎn)再以epidemic方式把該消息在網(wǎng)絡(luò)中廣播，直到網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都收到該特殊消息為止。收到此特殊消息的節(jié)點(diǎn)將執(zhí)行以下操作：（1）若發(fā)現(xiàn)相遇表中已經(jīng)包含與節(jié)點(diǎn)Vi的相遇信息，則調(diào)整Vi的當(dāng)前目的地；（2）否則直接在本節(jié)點(diǎn)的相遇表中增加Vi的項(xiàng)，并把兩者的相遇次數(shù)計(jì)為0。計(jì)算傳輸強(qiáng)度令Pvio表示某時(shí)刻t節(jié)點(diǎn)Vi到目的點(diǎn)Vo的傳輸強(qiáng)度，其中傳輸強(qiáng)度表示該節(jié)點(diǎn)與目的點(diǎn)通信的可能性。則其中θ表示節(jié)點(diǎn)Vi的當(dāng)前預(yù)測(cè)目的點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)Vo的當(dāng)前預(yù)測(cè)目的點(diǎn)的通信范圍的兩切線(xiàn)的夾角，如圖2所示,其中藍(lán)色直線(xiàn)表示街道。而m是兩個(gè)變量的比值，其中的fall表示時(shí)刻t所在特定時(shí)間段內(nèi)(如2小時(shí)),節(jié)點(diǎn)Vi運(yùn)動(dòng)到當(dāng)前預(yù)測(cè)目的點(diǎn)后，下一步訪(fǎng)問(wèn)其它地點(diǎn)的歷史統(tǒng)計(jì)總次數(shù)；而fvo表示節(jié)點(diǎn)Vi運(yùn)動(dòng)到當(dāng)前預(yù)測(cè)目的點(diǎn)后，下一步訪(fǎng)問(wèn)Vo的預(yù)測(cè)目的點(diǎn)的歷史統(tǒng)計(jì)次數(shù)。因此m表示Vi運(yùn)動(dòng)到預(yù)測(cè)目的點(diǎn)后，下一步訪(fǎng)問(wèn)目的點(diǎn)Vo的次數(shù)占總次數(shù)的百分比。易知，m越大，節(jié)點(diǎn)Vi越容易和Vo通信。另外，根據(jù)直角三角形的性質(zhì)和三角公式可得θ=2arcsin(R/d)(5)其中R表示目的點(diǎn)的位置集，d為節(jié)點(diǎn)Vi的預(yù)測(cè)目的點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)Vo的預(yù)測(cè)目的點(diǎn)之間的距離。可見(jiàn)，節(jié)點(diǎn)的傳輸強(qiáng)度不是固定不變的，它的大小隨著時(shí)間和節(jié)點(diǎn)所處位置的不同而發(fā)生改變。路由方法：假定某一節(jié)點(diǎn)Vo當(dāng)前的預(yù)測(cè)目的地離匯聚點(diǎn)較近，并且能有與匯聚點(diǎn)相互通信。我們還是考慮節(jié)點(diǎn)Vi，假設(shè)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)Vi有數(shù)據(jù)消息需要發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)Vo，且目前節(jié)點(diǎn)Vi的鄰居neighbor(Vi)包含Z’個(gè)其他移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)Vi首先通過(guò)握手消息分別了解Z’個(gè)節(jié)點(diǎn)的預(yù)測(cè)目的點(diǎn)，若發(fā)現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)Vo位于同一位置集，則直接把數(shù)據(jù)消息發(fā)送給這些節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)最終會(huì)把消息傳送到目的點(diǎn)。若鄰居范圍內(nèi)找不到這種節(jié)點(diǎn)，那么Vi要想發(fā)送消息給節(jié)點(diǎn)Vo，首先必須找到節(jié)點(diǎn)Vo，即了解節(jié)點(diǎn)Vo的移動(dòng)情況。為了得到此時(shí)Vo的移動(dòng)目的地，節(jié)點(diǎn)Vi首先查看自己的相遇表項(xiàng)，若在本地相遇表中找不到需要的信息，Vi則需要發(fā)送消息給鄰居節(jié)點(diǎn)，鄰居節(jié)點(diǎn)收到相應(yīng)消息后查看自己的相遇表中是否有Vo的移動(dòng)目的地記錄。因?yàn)楫?dāng)任意節(jié)點(diǎn)目的地預(yù)測(cè)發(fā)生改變時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)收到該節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)目的地發(fā)生變化的特殊消息，所以通過(guò)查看自己和鄰居的相遇表，節(jié)點(diǎn)Vi會(huì)以非常大的概率獲得目的點(diǎn)Vo的移動(dòng)目的地。若仍不能得到Vo的移動(dòng)目的地信息，則擴(kuò)大尋找范圍，直到找到需要的信息為止。獲得目的點(diǎn)Vo的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于時(shí)空關(guān)系的移動(dòng)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于：包括以下步驟：通過(guò)移動(dòng)行程記錄的集合構(gòu)成活動(dòng)行程歷史，并按時(shí)間劃分為兩個(gè)離散數(shù)據(jù)集：Day和Time，Day集合表示了以周為單位的時(shí)間，Time集合表示了以天為單位的時(shí)間。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于時(shí)空關(guān)系的移動(dòng)社會(huì)網(wǎng)絡(luò)路由方法，其特征在于：包括以下步驟：通過(guò)移動(dòng)行程記錄的集合構(gòu)成活動(dòng)行程歷史，并按時(shí)間劃分為兩個(gè)離散數(shù)據(jù)集：Day和Time，Day集合表示了以周為單位的時(shí)間，Time集合表示了以天為單位的時(shí)間。2.通過(guò)行程歷史數(shù)據(jù)，我們可以構(gòu)建出決策樹(shù)，對(duì)于每一個(gè)葉節(jié)點(diǎn)，計(jì)算到下一個(gè)目標(biāo)地的概率，用于預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)。3.根據(jù)節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)的相遇表，包括某節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)的相遇次數(shù)以及相遇節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前目的地預(yù)測(cè)信息，如預(yù)測(cè)目的地發(fā)生改變，則節(jié)點(diǎn)發(fā)送一特殊消息給它鄰居范圍內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)，相遇節(jié)點(diǎn)再以epidemic方式把該消息在網(wǎng)絡(luò)中廣播，直到網(wǎng)絡(luò)中所有的節(jié)點(diǎn)都收到該特殊消息為止。4.收到此特殊消息的節(jié)點(diǎn)根據(jù)預(yù)測(cè)信息，計(jì)算傳輸強(qiáng)度，即節(jié)點(diǎn)與目的點(diǎn)通信的可能性。5.假定某一節(jié)點(diǎn)Vo當(dāng)前的預(yù)測(cè)目的地離匯聚點(diǎn)較近，并且能有與匯聚點(diǎn)相互通信，假設(shè)t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)Vi有數(shù)據(jù)消息需要發(fā)送給目的節(jié)點(diǎn)Vo，且目前節(jié)點(diǎn)Vi的鄰居neighbor(Vi)包含Z’個(gè)其他移...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：陳媛媛，周濤，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：四川大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：四川;51