移动网络节点算法

项目总结文档

1 问题定义

移动网络环境中，有n个同构的移动端点，每个端点的能量为X，每发送一条消息则会损耗能量Y。现在，有一条消息要从端点s传送到t节点，已知这些节点在网络环境中随机游走，每个端点处都存储有该点与终点t的相遇次数，当两个节点相遇时可以进行消息传送，不相遇时消息携带者存储消息，问如何设计路由策略，从而使得该消息能够以最小能耗传送到目的节点t。（如果不能保证是最小能耗，那么次小能耗也可以）

2 相关资料的调研和总结

2.1 所搜集的资料

路由选择算法.pdf

网络规划师案例论文-M_ANET网络中节约能量的组播路由协议.pdf

移动自组织网络路由选择算法研究进展.pdf

多媒体传感器网络中跨层优化的实时路由协议.pdf

最短路径算法.doc

2.2 对资料的总结

通过对资料的研究，我们了解了什么是移动自有网络。移动自有组织网络，又称Mobile Ad Hoc网络，是不依赖于任何固定基础设施的移动节点联合体。

通过对题目的初步了解和思考，搜集了关于移动网络环境、路由器、路由算法策略及最短路径的资料。

首先查阅了移动网络环境的相关资料达到对其的初步了解，主要包括《移动网络环境的信息存储与处理》。移动通信与IP技术的融合产生了基于移动通信的IP数据业务技术。通过无线数据网络，便携式终端用户可以随时随地进行网络信息浏览、收发电子邮件、查阅文献资料、更新企业数据。因此，无线网络环境的信息处理与存储，为移动办公与信息处理提供了技术保障。

路由器是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号的设备。路由器的一个作用是连通不同的网络，另一个作用是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路，

能大大提高通信速度，减轻网络系统通信负荷，节约网络系统资源，提高网络系统畅通率，从而让网络系统发挥出更大的效益来。

路由算法运用了最短路径的思想，传统的最短路径算法包括迪杰斯特拉算法、链路状态算法、距离向量算法、F-W算法等。

与算法结合考虑，可以借用最短路径算法的基本思想，做一些改进和扩充，完成题目要求。

3 对问题的思考和分析

3.1 对原始问题的分析

本题是需要以最小能耗将消息从s节点发送到t节点，已知每次在节点间存在消息的传递时，将会有Y能量的消耗，那么要是总耗能最小即消息传送是经过的中间结点最少。那么，如何判定经历的中间结点最少呢？

一个想法是，因为每个结点都记录了与t结点的相遇次数，而这些结点是在网络中随机游走的，可分析得知结点与结点之间存在着一定的相遇概率，那么，如果s结点与t结点的相遇次数不为零，可以想到，在未来s结点肯定还会再次与t结点相遇。那么，最节约能耗的消息传递方式就是s结点保留该消息直到再次遇到t结点时将消息传递给它，如此，则所耗能最低且为Y.

可以想象，算法若如此做的确是保证了最低的能耗，但却会浪费大量的时间，这在以效率为重的今天，这个缺陷是不可原谅的，为此，我们需要对题目重新进行定义。

3.2 新的问题的定义

在网络中有n个自由移动的路由结点，它们在网络中随机的游走，当两个结点相遇时，就可以在两个结点之间进行消息的传递，任意两个结点相遇的概率是确定的，但概率值是未知的且不同结点之间相遇的概率不一定相同。

在此网络中，每个结点都携带有一定的能量X，每次在两个结点之间进行消息的传递时会有能量的耗费，耗费为Y.

现在要在两个结点间进行消息的传递，假设源节点为s，目的结点为t.那么消息在s和t之间传递可能会经历任意多的结点。

每个结点都存储有与t结点的相遇次数。

设计算法要求以最小的能耗且最小的传递时间使消息最终从s结点传递到t 结点。能耗与时间的平衡点为,其中，Y表示传递一次信息的能耗，T代表

消息携带结点与其他结点的相遇平均时间间隔，h代表系数，它可以用来控制时间与能量耗费的平衡，h越大则更多的考虑时间的浪费，越小则更多的考虑能量的耗费。

3.3 对问题的分析

因为每个结点都记录了与t结点相遇的次数，所以次数在一定程度上就反应了该节点与t结点相遇的概率。但由于每个结点的相遇时间间隔不一定相同，也就是说每个结点与其它结点相遇的总次数不一定相同，所以次数高的并不一定代表与t结点的相遇概率就一定高。因此，每个结点除了要记录与t结点的相遇次

数tCount外还得记录该结点与其它结点总的相遇次数allCount.那么就代

表了该结点与t结点的相遇概率。

可以知道与t结点相遇概率更高的结点再未来越容易再次遇到t结点，那么当消息携带结点遇到概率更高的结点时就应该把消息传递给它，因为它能跟快的将消息传给t结点。可是由于传递能量时有能量的耗费这一原因，我们还需要考虑到让能量耗费尽可能的低，则应该有这样的判断公式

其中a为当前消息携带结点，b为相遇结点，当此公式值为true时进行消息传递。但是由于现实中还存在着另外一种情况，用此方式的话并不能得到最快的传递路径。

假设网络中有7个结点是s(源节点),a,b,e,f,g,t（目标结点）.

其中s,a,b分别于t结点相遇的次数及与总的相遇次数的比值分别为0.3,0.2,0.8.那么当消息携带结点s遇到a结点时，根据判断公式就不应该将消息传递给它（暂

时设=0.2）。但是，假若a结点的与b结点的相遇概率相当高，而从题设可以

看出b结点与t结点具有很高的相遇概率，那么把消息传递给a，实际上就有很大的可能传递给b，从而再很快传递给t。因而在这种情况下，单纯的看某一个结点与t结点的相遇概率而进行判断就不太合适了，并且这种情况还具有递归的性质。即假若b结点和t结点也没有很高的相遇概率，但与b有很高相遇概率的c结点与t结点有高的相遇概率的话，那么a结点也应该被考虑传递消息，可以看出这种情况可以无限递归下去，当然随着递归层次的增加，它的影响将越来越小，因为中间结点太多也会大大耗费能量。

所以，为了解决这个问题，我们修改这些同构结点的存储结构，每个结点需要记录两个值，一个仍然是该结点与其它结点总的相遇次数allCount，另一个则

是反映该结点与t结点联系紧密程度的值cd值. 不仅反映了这个结点本身

与t结点相遇的概率，同时也反映了与该结点相遇的其它结点的值的情况，也即对cd值的计算是一个递归定义的过程。