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无线自组织网络合作增强技术研究

王东滨  
【摘要】: 无线通信技术的发展与广泛应用以及对于在不能利用或不便利用固定网络基础设施的情况下进行有效的通信的需求,使得无线移动自组织网络在军用和民用等领域的应用越来越引起人们的重视,极大地推动了对自组织网络的研究。自组织网络的每个节点可随意移动,具有同等的地位和功能,既充当主机又充当路由器,当节点之间不在彼此的通信范围内时,可以借助其它中间节点中继转发来实现多跳通信。但是节点之间缺乏内在的合作保证,即使存在很少的自私节点,也会严重影响自组织网络的性能。 本文面向存在噪音干扰的真实环境研究自组织网络路由阶段和数据报文转发阶段的合作增强技术。本文首先介绍了自组织网络的起源、发展过程、特点和应用,以及脆弱性分析和安全策略。接着深入地对自私行为进行了分析。然后深入地研究和对比了自组织网络路由阶段和数据报文转发阶段的合作增强技术的研究进展和存在的问题。 为了使自组织网络节点参与路由选择过程,且保证节点的策略都是报出其真实成本,通常采用基于VCG机制的报酬激励算法。但是现有的基于VCG机制的算法需要广播所有的路径信息,并且目的节点或者源节点需要存储所有的拓扑信息和计算有效路径,最低的路由信息负载也为O ( n2)。为了解决路由信息负载高的问题,提出了SPOER机制,有效地将路由信息的路由信息负载降低为O (n)。目的节点或者源节点并不搜集全部拓扑信息,而是仅获得最短的消耗有效路径及相应的替代路径,将有效路径的存储和计算任务分散到了自组织网络中的每一个节点上,极大地降低了目的节点或者源节点的存储信息和计算路径压力。 在自组织网络数据报文转发过程中,通常采用Watchdog技术监测节点的数据报文转发行为。现有的算法没有充分考虑到真实环境中的噪音干扰情况,将由于噪音干扰造成的数据报文丢失等同于自私行为一样处理,导致对节点信誉值的判定存在着误判,无法给路由选择提供准确的依据。本文提出了基于信誉的自私行为检测及响应技术DRSPD,能够有效地区分出由于噪音干扰原因导致的偶然发生的传输错误和自私行为引起的报文丢失的情况,能将自私节点隔离出传输路径,有效地增加报文的成功投送率和收益,从而有效地增强自组织网络中节点的合作。 为了激励自私节点实施合作行为的动机,目前采用将节点需要的转发帮助和提供的转发服务进行关联,使节点在传输自身数据报文的时候,必须为其它节点提供转发服务。本文从自私节点对于制裁所带来的损失的恐惧角度,而不是通常的回报角度来建立数据报文转发阶段的合作动机增强模型APFIPN。APFIPN将节点实施合作行为的收益与实施自私行为后的制裁损失相关联,有效地震慑了自私行为。并且通过理论证明和实验结果验证了了惩罚策略、隔离策略、成功传送概率和路径跳数对于合作动机增强的影响。


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