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无线传感器网络节点包转发策略博弈模型研究

刘田  
【摘要】: 无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式组成的一个多跳自组织的网络系统,具有广阔的应用前景。随着无线传感器网络越来越广泛应用于许多领域,设计合理的无线传感器网络通信协议,保证传感器节点间相互协作,提高网络吞吐量,改善网络的性能也是无线传感网络领域研究过程中的难点之一。 本文通过分析无线传感器网络体系结构及其网络节点的行为特点,针对无线传感器网络节点的自私行为会严重影响网络的可用性及其整体性能,利用节点之间的马尔科夫性质,建立了一种传感器网络节点包转发策略的重复博弈模型,主要利用节点与邻居节点的重复博弈,实现广播节点的效用最大化,即时检测出网络节点的自私行为,理性节点采取合作策略,通过对网络节点的自私行为引入惩罚机制和声誉机制,从而大大降低了节点背离协作的可能性。 仿真结果表明,对节点的自私行为实施惩罚机制以及优化包转发概率和跳数,可以大大增强节点间的相互协作,从而保证网络的连通性。算法仿真分析表明了提出模型的有效性,证明了该无限重复博弈模型可达到纳什均衡,能够有效地促进节点自发合作。 本文主要内容如下: 1.简述了国内外无线传感器网络包转发策略的研究现状,提出了本课题研究的背景、意义及主要研究内容。 2.分析了无线传感器网络的体系结构和节点性能的分析方法,借鉴Adhoc网络中的激励机制,为进一步研究适用于传感器网络包转发策略的博弈模型奠定基础。 3.通过分析Ad hoc网和传感网络的激励合作机制,推导出各因素间的相互博弈结果,建立博弈节点间价格、成本、转发概率、历史决策等博弈策略关系。 4.通过分析无线传感器网络节点的自私行为会严重影响网络的可用性及其整体性能,建立网络的预期收益函数,并证明了该重复博弈模型能够达到混合策略纳什均衡,以此促进网络中节点间相互合作。 5.仿真结果表明,节点在合作和非合作情况下的网络吞吐性能得到改善,在当前最优包转发概率下,节点之间合作获得增强,节点不愿采取背离策略,网络整体效用接近理想状态。


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