[发明专利]一种面向时延容忍网络的端到端通信方法与系统

权利要求书

1.一种面向时延容忍网络的端到端通信方法，其特征是，步骤如下：

(1)测算端到端之间的数据传输需求；端到端之间需要交互的数据主要分为：业务数据、时间数据和位置数据；业务数据是根据具体的业务要求而定，包括传感器数据、语音数据、图像、视频数据；时间数据和位置数据统称为时空数据，这是业务数据的基准，传输优先级最高；

在不同的时刻会对数据的传输有着不同的要求，传输的数据由位置信息、运动状态以及业务数据组成，业务数据会根据采集数据的大小而产生大的变化，因此，对于每个时间片内，假定其平均的传输速率为C_i,所以在整个通信的过程中总的数据容量为i代表时间片的总数，T_i和C_i表示所有时间片和时间片内的平均传输速率；

(2)评估通信的传输能力；

步骤1：节点的连通性预测，节点在网络发生中断后，会开始进行未来一段时间内的连通性预测；设定一个时间间隔t作为预测连通性的时间范围，节点根据收到的目的节点的位置信息和运动状态对目的节点的运动轨迹作出初步预测，在结合自身的运动轨迹会对这一段时间t内的通信进行判断；

连通性时长分为能够直接端到端连通的时长t_d和仅能与基站进行通信的时长t_b两种；这两部分的时长根据两个节点的速度、运行方向和基站信号的覆盖范围计算；

步骤2：节点的通信能力计算

由步骤1得到的连通性预测情况，将节点在该段时间t内的通信能力分成两部分来计算，一部分是直接端到端通信，另一部分是基站与节点间的通信；

前者是直接通信的方式，对应的时间即为步骤1中的端到端通信时长t_d，通过公式计算累计能够传输的数据量R(t)表示对于每个单位时间内通信的传输速率；

后者是基站与节点通信，采用数据依托基站代理转发的方式来扩大t时间内的传输数据量，对应的时间就是步骤1中的与基站进行通信时长t_b,同前者的计算方式相同，在这一段时间内累计可以缓存的数据量R_b(t)表示在基站中节点与其通信的传输速率、包括上行和下行速率；

所以节点预测在时间段t内的通信能力总量是C_M＝C+C_b,而所需传输的数据量D就根据第(1)部分的公式得到然后比较C_M与D的大小；

1)C_M＝D,说明未来t时间内的连通性和通信能力能维持两个节点以当前的轨迹进行移动和业务处理；

2)C_MD,说明未来t时间内的连通性所提供的通信能力无法完成数据的传输,需要对当前两个节点的运动状态和移动轨迹进行调控，此时需要将通信能力主要来传输位置信息和运动状态，方便轨迹调控增大通信能力；

(3)轨迹调控；当节点预测的连通性所提供的通信能力不足以支撑时间段t内的数据传输时，会进行轨迹的调控，使得在t时间段内能够获得更多的连通机会；

当两个节点通信中断时，双方会向对方每隔T_n发送当前定位信息和运动状态，双方节点会根据这些数据进行轨迹预测和调控；

某源节点A，在每隔T_n接收到目的节点B的位置信息后，需要对目的节点B下一个T_n内的的运动轨迹作出预测并决策是否调控自身的运动轨迹，假定B_i是某一时刻的位置信息，V_B是B_i位置时的速度，V_A是源节点A现在的速度，基站的信号覆盖范围是半径为r的圆P；

步骤1：计算出点B_i的预测点B’，预测时将历史信息中最近的运动状态数据作为其预测轨迹的基础，在假定其方向和速度都不变化的情况下预测出其下一个可能的位置即预测点B’；

步骤2：得到预测点后，源节点A将根据目的节点B的预测位置同圆P的位置进行估算，得出目的节点B点与圆的距离D_B和自身与圆P的距离D_A；

步骤3：计算运动方向，通过改变自身运动方向使得能够与目的节点B同时到达圆P的边界，D_B和D_A是节点A、B分别距离圆心P的距离，r为P的半径，D_A’是修正方向后的源节点A距离圆P边界的距离，α是运行方向的角度即为所求；计算方法如下：

步骤4：更改方向后开始移动，并且重新按照(2)评估当前轨迹运行时通信的连通性和通信能力是否满足传输条件，若满足就退出轨迹调控，保持方向继续移动和业务处理；若不满足，那么在T_n时间后收到目的节点B点的最新位置B_j，然后跳转至(3)轨迹调控步骤1循环此过程；

(4)数据托管

数据托管是源节点与目的节点之间受限于连通性和通信能力时为了保障数据完备和交换转发而采用的服务方式，利用基站与节点通信的连接利用空闲时间来将数据存储在基站本地，依托基站进行数据代理转发；

除了固定的基站点，还能将数据与运动轨迹中遇到的移动节点进行交换，这些移动节点必须是依据位置预测方法有大概率出现在目的节点运行的路径上，移动节点的存储转发代理只是作为固定基站节点的补充来实现；

在通信中断时，数据会先缓存在本地，等到了能够发起连接时，包括端到端连接、端到基站的连接以及端与移动节点的连接，源节点会将通信数据缓存在该节点的本地存储空间中，由中间节点作为代理进行数据的转发操作，存储数据于中间节点的行为并不唯一，也就是说当源节点存储一份数据于中间节点P1时，当它经过另一中间节点P2时倘若途中尚未与目的节点通信，那么它会将这份数据再缓存至P2节点，中间节点的选择也会与对目的节点运动轨迹的预测相关联，数据会缓存在目的节点大概率经过的节点且缓存的次数也会有一定的阈值,当目的节点进入中间节点连接范围时，中间节点会将其缓存的数据转发给目的节点并清除本地的缓存，此外，该中间节点会向整个节点网络发出信号表示此份数据已经成功转发并清除所有的副本。