◎趙立新

（三門(mén)峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 信息傳媒學(xué)院，河南 三門(mén)峽 472000）

延遲容忍網(wǎng)絡(luò)可視為非連續(xù)性連接結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，源節(jié)點(diǎn)至目標(biāo)節(jié)點(diǎn)之間無(wú)需完整的通道，借助移動(dòng)節(jié)點(diǎn)具有的特質(zhì)，選擇存儲(chǔ)—攜帶—轉(zhuǎn)發(fā)這一路由機(jī)制達(dá)成網(wǎng)絡(luò)通信目的。但是，即便DTN網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)較為簡(jiǎn)潔、快速，然而卻具有節(jié)點(diǎn)間反復(fù)移動(dòng)與連接中斷促使通信鏈路難以繼續(xù)的問(wèn)題，故而以往無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)自組織網(wǎng)絡(luò)里面的路由機(jī)制難以引進(jìn)到延遲容忍網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。因而，選取適宜的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)讓數(shù)據(jù)能夠更好的轉(zhuǎn)發(fā)、投遞就變?yōu)榱薉TM網(wǎng)絡(luò)通信的重點(diǎn)。

1 NSNC-DTN網(wǎng)絡(luò)模型路由協(xié)議

1.1 NSNC-DTN模型

NSNC-DTN模型屬于將節(jié)點(diǎn)社會(huì)性為基礎(chǔ)選取轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)與應(yīng)用RLNC轉(zhuǎn)發(fā)編譯好的數(shù)據(jù)包有效融合的DTN數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路由。該模型具體包括兩部分：一是以節(jié)點(diǎn)社會(huì)性為基礎(chǔ)選取轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的DTN網(wǎng)絡(luò)路由；二是引進(jìn)RLNC。先針對(duì)DTN網(wǎng)絡(luò)里面的節(jié)點(diǎn)實(shí)施所屬社團(tuán)的區(qū)分，借助社團(tuán)發(fā)現(xiàn)算法將介數(shù)最大邊去掉以把DTN網(wǎng)絡(luò)區(qū)分成若干子社團(tuán)。同時(shí)，針對(duì)社團(tuán)之間的緊密度加以界定，以體現(xiàn)節(jié)點(diǎn)位于DTN網(wǎng)絡(luò)里面的活躍度，在NSNC-DTN模型里面，節(jié)點(diǎn)所處社團(tuán)通過(guò)和其緊密度最佳的社團(tuán)實(shí)施數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)選取最具活躍性的節(jié)點(diǎn)。并且，該模型里面引進(jìn)RLNC，針對(duì)源節(jié)點(diǎn)實(shí)施RLNC，將相同目的節(jié)點(diǎn)信息統(tǒng)一編碼，以改善網(wǎng)絡(luò)吞吐量并縮減數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)成本。此外，為深入改善網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率，將Center節(jié)點(diǎn)引進(jìn)，對(duì)其數(shù)據(jù)包重新編碼、傳輸。NSNC-DTN網(wǎng)絡(luò)模型數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程詳見(jiàn)下圖：

NSNC-DTN網(wǎng)絡(luò)模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)示意圖

經(jīng)由圖1能得出，源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)社團(tuán)不同，前者和其他社團(tuán)也未連邊，在此期間應(yīng)用RLNC針對(duì)各位置一樣的數(shù)據(jù)包編碼，而后轉(zhuǎn)發(fā)傳輸編碼包。依照節(jié)點(diǎn)活躍程度選取適宜的相遇節(jié)點(diǎn)當(dāng)做轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，傳輸數(shù)據(jù)包前應(yīng)對(duì)此節(jié)點(diǎn)紀(jì)要判定，假設(shè)為Center節(jié)點(diǎn)則把目的地一樣的數(shù)據(jù)包重新編碼傳送，若不是便直接發(fā)送數(shù)據(jù)包，由此直至目的節(jié)點(diǎn)取得完整信息或接收新編碼包獲取完整信息，經(jīng)由泛洪機(jī)制促使所有轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)把轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)清零，并對(duì)緩存信息予以刪除。

為更好的認(rèn)識(shí)NSNC-DTN網(wǎng)絡(luò)模型，特對(duì)相應(yīng)概念加以闡述：社團(tuán)，通過(guò)節(jié)點(diǎn)組成的集群結(jié)構(gòu)，經(jīng)由club符號(hào)顯示；節(jié)點(diǎn)間距離，表示節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)連接的最短距離；Center節(jié)點(diǎn)，數(shù)據(jù)發(fā)送期間，設(shè)置最適宜的節(jié)點(diǎn)活躍限值，在轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)比該數(shù)值大時(shí)，便被稱為Center節(jié)點(diǎn)。

并且，為對(duì)該模型更好的理解，還應(yīng)進(jìn)行如下假設(shè)：全部節(jié)點(diǎn)均享有相同的傳輸、緩存數(shù)據(jù)的功能；網(wǎng)絡(luò)中任意節(jié)點(diǎn)均有相應(yīng)社團(tuán)，一個(gè)社團(tuán)僅囊括一個(gè)節(jié)點(diǎn)的現(xiàn)象能夠存在；社團(tuán)和社團(tuán)的緊密度具有差異性，能對(duì)其量化計(jì)算；節(jié)點(diǎn)位于全網(wǎng)里面的活躍程度具有差異性，所有節(jié)點(diǎn)均具備活躍度排名。

1.2 社團(tuán)劃分

因網(wǎng)絡(luò)社團(tuán)結(jié)構(gòu)可確保數(shù)據(jù)傳送縮減網(wǎng)絡(luò)成本，故社團(tuán)發(fā)現(xiàn)算法開(kāi)始被大肆應(yīng)用。以往社團(tuán)結(jié)構(gòu)劃分算法位于小型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)里面具備較好效果，然而針對(duì)大型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)講收效甚微。就Radicchi算法而言，其屬于圖結(jié)構(gòu)分析方式，主要經(jīng)由對(duì)邊（i,j）的邊聚集系數(shù)計(jì)算以對(duì)節(jié)點(diǎn)i、j的近似度予以量化。邊的聚集系數(shù)C（i,j）具體借助了邊(i,j)的三角環(huán)占比，計(jì)算公式為：

C（i,j）——邊（i,j）聚合系數(shù)；Zi,j——囊括邊（i,j）的三角形數(shù)量；Ki——i的度；Kj——j的度。

Min（Ki-1，Kj-1）——節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)連邊最多可能屬于的三角形結(jié)構(gòu)數(shù)

在某些節(jié)點(diǎn)同時(shí)隸屬較多社團(tuán)期間，就構(gòu)建產(chǎn)生了重疊社團(tuán)結(jié)構(gòu)。Radicchi算法對(duì)該結(jié)構(gòu)難以實(shí)施節(jié)點(diǎn)社團(tuán)劃分，故在此形勢(shì)下給予了改良之后的算法——LORadicchi算法。具體如下：

a.對(duì)網(wǎng)絡(luò)里面全部連邊聚集系數(shù)C（i,j）計(jì)算，并將最小邊去除。

b.對(duì)刪除邊兩大節(jié)點(diǎn)是否為多個(gè)社團(tuán)予以判定，把同一時(shí)間隸屬較多社團(tuán)的節(jié)點(diǎn)區(qū)分于某一社團(tuán)里面。假設(shè)節(jié)點(diǎn)隸屬社團(tuán){cluba,clubb,clubc,...},則其和相應(yīng)社團(tuán)緊密度如下：

c.通過(guò)計(jì)算獲知可讓ct（i,cluba）值最大的社團(tuán)，把節(jié)點(diǎn)i區(qū)分于該社團(tuán)，將其他社團(tuán)里面的節(jié)點(diǎn)i與相應(yīng)連邊刪除。

d.針對(duì)沒(méi)有區(qū)分至社團(tuán)的節(jié)點(diǎn)實(shí)施Radicchi算法，并對(duì)被重疊社團(tuán)結(jié)構(gòu)作用的節(jié)點(diǎn)邊聚系數(shù)重新計(jì)算，依照邊聚系數(shù)針對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行社團(tuán)區(qū)分。

該算法以局部度量為主，具備較快計(jì)算速度。針對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)顯示n、連變數(shù)顯示m的網(wǎng)絡(luò)，LORadicchi算法依照第一種方式對(duì)各連邊聚集系數(shù)時(shí)間復(fù)雜度o（m）計(jì)算。若社團(tuán)數(shù)顯示s，那么步驟b、c復(fù)雜度即o(s)，最終需實(shí)施迭代針對(duì)局部連邊加以計(jì)算，復(fù)雜度o（m2/n2），故該算法時(shí)間復(fù)雜度即o（m+s+m2/n2）。

1.3 社團(tuán)緊密度的計(jì)算

社團(tuán)緊密度即社團(tuán)與社團(tuán)間數(shù)據(jù)包傳送頻繁度的大小，通過(guò)符號(hào)CTa,b代表。CTa,b大小通過(guò)如下因素確認(rèn)，即社團(tuán)a游走到社團(tuán)b的概率及兩者間的平均距離。DTN網(wǎng)絡(luò)t時(shí)刻社團(tuán)緊密度集合為

社團(tuán)緊密度度量需思考局部隨機(jī)游走（LRW）的思想，即節(jié)點(diǎn)實(shí)施有限隨機(jī)游走，節(jié)點(diǎn)列可產(chǎn)生以概率為基礎(chǔ)的馬爾科夫鏈。同時(shí)，對(duì)兩大社團(tuán)有限隨機(jī)游走后具有的連接概率予以計(jì)算。若無(wú)向DTN網(wǎng)絡(luò)G(V,E)的社團(tuán)數(shù)顯示S，C表示網(wǎng)絡(luò)社團(tuán)集合，則任意兩大社團(tuán)a、b，用符號(hào)Pa,b顯示社團(tuán)a接下來(lái)游走至社團(tuán)b的概率，公式為：

計(jì)算公式如下：

ma,b表示社團(tuán)a、社團(tuán)b連接情況，鄰接矩陣M子元素之一。W即和社團(tuán)a直接相連的社團(tuán)個(gè)數(shù)，因DTN網(wǎng)絡(luò)為社團(tuán)雙向連接網(wǎng)絡(luò)，故M為(w+1)*(w+1)對(duì)稱矩陣，通過(guò)la,b顯示社團(tuán)a、b連邊數(shù)，那么

依照?qǐng)D1，獲知cluba和其他社團(tuán)連接狀態(tài)矩陣為

若數(shù)據(jù)包由 cluba通過(guò) t步隨機(jī)游走至 clubb概率 ηa,b（t），那么

PT——概率矩陣轉(zhuǎn)置

同時(shí)，社團(tuán)緊密度和社團(tuán)間平均距離相關(guān)。若cluba、clubb各具備節(jié)點(diǎn)數(shù)na、nb，社則團(tuán)a、b節(jié)點(diǎn)間最短距離為na*nb矩陣D（ca,cb）,那么兩者平均距離為

故cluba、clubbt時(shí)刻社團(tuán)緊密度如下：

1.4 社團(tuán)中節(jié)點(diǎn)活躍度計(jì)算

節(jié)點(diǎn)活躍度通過(guò)vitalityi顯示。DTN由節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包頻率、外部社團(tuán)連邊數(shù)、所連接社團(tuán)數(shù)量化節(jié)點(diǎn)活躍度。通過(guò)G顯示DTN 各節(jié)點(diǎn)活躍度，如下

countiedges——節(jié)點(diǎn)i所在社團(tuán)和外部社團(tuán)連邊數(shù)，cli——節(jié)點(diǎn)i連接外部社團(tuán)數(shù)，fri——節(jié)點(diǎn)i轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包頻率

節(jié)點(diǎn)活躍度為：

α、β、λ均為可調(diào)節(jié)參數(shù)，α+β=1被滿足，能經(jīng)由更改上述參數(shù)值變動(dòng)節(jié)點(diǎn)連邊數(shù)、節(jié)點(diǎn)連接社團(tuán)數(shù)的相對(duì)重要性。若DTN網(wǎng)絡(luò)具備n個(gè)節(jié)點(diǎn)，則各節(jié)點(diǎn)中心度時(shí)間復(fù)雜度o（n）。

1.5 網(wǎng)絡(luò)編碼

NSNC-DTN模型為RLNC，編碼過(guò)程具備源節(jié)點(diǎn)、Center節(jié)點(diǎn)編碼兩個(gè)過(guò)程。

a.源節(jié)點(diǎn)編碼。源節(jié)點(diǎn)形成n個(gè)相同位置數(shù)據(jù)包dp1,dp2,dp3,...dpn，對(duì)其執(zhí)行線性網(wǎng)絡(luò)編碼，獲知m 個(gè)編碼包 ec，m＞n，則

ek——有限域中的隨機(jī)系數(shù)，——編碼包頭部存儲(chǔ)編碼向量

其伴同編碼包同時(shí)發(fā)送，目的節(jié)點(diǎn)接收n個(gè)編碼向量線性無(wú)關(guān)編碼包期間，便能計(jì)算獲知原始發(fā)送n個(gè)數(shù)據(jù)包dp1,dp2,dp3,...dpn。

若編碼向量矩陣為

b.Center節(jié)點(diǎn)編碼。若Center節(jié)點(diǎn)與轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)j相遇，對(duì)兩者活躍度比較，若vitalityi＜vitalityj且vitalityi＜vitalityd，則將同一位置節(jié)點(diǎn)消息執(zhí)行線性編碼，且對(duì)編碼以后的數(shù)據(jù)包傳輸。

2 NSNC-DTN模型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)策略

NSNC-DTN模型轉(zhuǎn)發(fā)步驟如下：

a.針對(duì)節(jié)點(diǎn)實(shí)施初始設(shè)置，各節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)線性動(dòng)態(tài)鏈表，鏈表結(jié)構(gòu)信息為（見(jiàn)下表）：

節(jié)點(diǎn)各做一次轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，其transformi值加1；設(shè)定適宜的節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)閾值threshold,其間threshold∈（0，sum），sum即需轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包數(shù)。對(duì)節(jié)點(diǎn)活躍度vitalityi閾值設(shè)置，為 maxVi，若Vitality1＞maxVi，那么該節(jié)點(diǎn)即Center節(jié)點(diǎn)。

鏈表結(jié)構(gòu)信息表

b.節(jié)點(diǎn)社團(tuán)劃分。對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)、目的節(jié)點(diǎn)是不是為相同社團(tuán)加以比對(duì)，若是便依照步驟f實(shí)施。c.對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)外部連邊數(shù)是不是顯示0判定，若是依照步驟g實(shí)施。d.社團(tuán)緊密度比較。如果transformi＞thresholod,便選取其他相同最大緊密度的節(jié)點(diǎn)為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，若轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)為Center節(jié)點(diǎn)，便重新進(jìn)行隨機(jī)線性編碼，把其發(fā)送到節(jié)點(diǎn)j，若直接轉(zhuǎn)發(fā)，依照步驟b實(shí)施。e.節(jié)點(diǎn)活躍度比較。在前節(jié)點(diǎn)i和相遇節(jié)點(diǎn)j比較時(shí)，若NCAi＜NCAj，且后者比目的節(jié)點(diǎn)活躍度小，則節(jié)點(diǎn)i把數(shù)據(jù)包發(fā)送到節(jié)點(diǎn)j。f.判斷目的節(jié)點(diǎn)。對(duì)節(jié)點(diǎn)j與目的節(jié)點(diǎn)比較，若不相同，依照步驟e實(shí)施。g.執(zhí)行步驟f、c。h.對(duì)目的節(jié)點(diǎn)接收數(shù)據(jù)包是不是編碼包加以判定，若不是便直接發(fā)送數(shù)據(jù)，如若不然便需判定編碼包有無(wú)攜帶新信息，若有則把編碼包放置到編碼矩陣緩存，在編碼矩陣滿秩期間便能解碼，表示消息傳輸成功。

3 驗(yàn)證結(jié)果

通過(guò)對(duì)NSNC-DTN網(wǎng)絡(luò)模型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編碼傳輸結(jié)果進(jìn)行分析，來(lái)驗(yàn)證該模型在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編程傳輸中的可行性和有效性。主要選取數(shù)據(jù)投送成功率、傳輸延遲和網(wǎng)絡(luò)緩存代價(jià)這三個(gè)核心的參數(shù)和維度來(lái)驗(yàn)證NSNC-DTN網(wǎng)絡(luò)模型的性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

NSNC-DTN網(wǎng)絡(luò)模型的數(shù)據(jù)投送成功率更高。相對(duì)于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型，NSNC-DTN網(wǎng)絡(luò)模型的數(shù)據(jù)投送成功率提高了9%-18%，并且隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)間的推移，NSNC-DTN網(wǎng)絡(luò)模型的數(shù)據(jù)投送成功率與傳統(tǒng)方法相比優(yōu)勢(shì)會(huì)更大。

NSNC-DTN網(wǎng)絡(luò)模型端到端的網(wǎng)絡(luò)延遲更低。因?yàn)樯鐖F(tuán)緊密度和節(jié)點(diǎn)活躍度計(jì)算重新計(jì)的引入，NSNC-DTN網(wǎng)絡(luò)模型中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可能成為轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，同時(shí)對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)次數(shù)做了閾值限制，這樣既有限地控制了緩存，并且可以對(duì)節(jié)點(diǎn)采取離線處理，最大程度上縮短了網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲。

NSNC-DTN網(wǎng)絡(luò)模型的網(wǎng)絡(luò)緩存代價(jià)相對(duì)較小。因NSNC-DTN網(wǎng)絡(luò)模型僅僅保留一個(gè)數(shù)據(jù)包副本，因此網(wǎng)絡(luò)代價(jià)相對(duì)于其他方法會(huì)小很多，并且其他方法容易發(fā)送丟包情況，網(wǎng)絡(luò)緩存代價(jià)會(huì)隨著時(shí)間推移而一直增加。

4 結(jié)語(yǔ)

概括而言，DTN具體是對(duì)不具備連續(xù)性連接與節(jié)點(diǎn)資源具備實(shí)效性加以研究的一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸計(jì)劃，在軍事、航天通信、應(yīng)急搶險(xiǎn)等層面的消息交互上具備顯著效用。故而，此次研究依照DTN網(wǎng)絡(luò)特性，提出了新的以節(jié)點(diǎn)社會(huì)性為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)模型，以對(duì)社團(tuán)劃分算法予以優(yōu)化，經(jīng)由社團(tuán)緊密度與節(jié)點(diǎn)活躍程度的對(duì)此計(jì)算，選取適宜的轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)，與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)有效銜接實(shí)施數(shù)據(jù)傳輸。