面向自私用户的Ad hoc网络协作机制

论文摘要

移动自组织网络(Mobile Ad hoc Networks, MANETs)具有自组织、快速组网、抗毁性和健壮性等优良特性,在军事和民用领域具有广泛的应用前景。通过Ad hoc移动终端的高效协作,用户可以获得更加丰富灵活的信息通信服务,移动节点间协作机制是Ad hoc网络中重要的研究内容。但是,由于移动终端固有的能源受限、处理能力较低、内存较小等缺陷,使得一部分用户不愿意为其他用户消耗额外的资源和能量来提供服务(如转发数据包、资源共享等),这类用户被称之为自私用户。研究表明,当网络中自私用户占全网总用户的10%至40%时,会导致网络吞吐性能严重下降16%至32%,数目过多时甚至会导致网络瘫痪。因此,本文针对用户自私性所带来的不合作问题,研究有效的自私节点间协作机制,并对所提出的机制和算法进行了仿真验证。本文的主要研究内容和创新点如下：(1)将MANETs中的资源和各种高级应用抽象成服务,通过服务的有偿使用激励各个自私用户加入到协商中。提出了基于服务协商的单点协作模型,适应于每个卖方都具备充足的资源独立地为买方提供服务的场景。另外,设计和优化了协商策略,可帮助协商者在下一回合出价中占据优势,从而大大增加达成交易的概率。(2)在服务协商场景中,进一步考虑保留价、初始价、协商期限等协商环境因素对协商者达成交易的影响,提出了关于初始价和保留价的定价模型。初始价模型能够反映协商初始阶段节点的资源状况,而保留价模型能够随着协商进程的推进重新评估,以避免无效协商。由于MANETs网络中突发的用户应用使得终端的计算资源和能量被频繁占用,从而影响到协商者的最大协商期限。因此提出了协商期限自适应调整机制,可以为其下一回合出价提供更准确的参考。(3)移动Ad hoc网络可以末端网络的方式通过网关与Internet或移动网络互联,当上层管理中心需要对Ad hoc网络运行状况进行监测、控制和任务分配时,多个MANETs节点可以组成任务联盟合作完成管理任务,提高任务的完成质量和效率。通过改进的模糊C均值聚类算法对盟员节点的多重属性(能源现状、计算能力现状、移动性、故障率等)进行预先筛选,以缩减联盟形成时的搜索空间。随后,在盟主选举过程中综合考虑传输时延、占用的资源现状、移动性等因素,以避免形成的联盟频繁重构。在此基础上,提出了联盟生成和优化算法,支持任务的冗余性检测,保证系统的鲁棒性和执行效率。(4)自私用户受其个性偏好、当前状态、情感历史以及外部刺激影响,对于是否参与协作可能产生不同的情绪反应。本文提出了自私节点的协作动机模型,使得MANETs网络中的移动设备可以模拟人类情感对协作成功的渴求程度,协作行为由情感触发,从而减少节点由于参与无效协作而产生的能量以及网络流量开销。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.1.1 研究动机
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 博士期间主要工作
• 1.3 本文主要研究内容和创新点
• 1.4 本文组织结构
• 第2章 AD HOC网络协作研究综述
• 2.1 概述
• 2.2 AD HOC网络激励机制
• 2.2.1 基于虚拟货币的激励机制
• 2.2.2 基于信誉的激励机制
• 2.3 协商机制
• 2.3.1 基于拍卖的协商机制
• 2.3.2 基于博弈理论的协商机制
• 2.3.3 多AGENT协商机制
• 2.4 联盟机制
• 2.5 情感建模理论
• 2.6 小结
• 第3章 基于服务协商的单点协作机制
• 3.1 引言
• 3.2 服务协商模型
• 3.3 协商优化策略
• 3.4 仿真实验
• 3.5 小结
• 第4章 协商环境参数自适应调整机制
• 4.1 引言
• 4.2 服务定价模型
• 4.2.1 卖方定价模型
• 4.2.2 买方定价模型
• 4.3 协商期限自适应调整机制
• 4.4 仿真实验
• 4.5 小结
• 第5章 面向任务联盟的多点协作机制
• 5.1 引言
• 5.2 盟员预选择机制
• 5.2.1 FCM算法
• 5.2.2 改进的FCM算法
• 5.3 联盟形成和优化
• 5.3.1 蚁群算法
• 5.3.2 蚁群算法求解任务联盟
• 5.4 仿真实验
• 5.5 小结
• 第6章 自私节点的协作动机模型
• 6.1 引言
• 6.2 协作动机模型
• 6.2.1 心理学中的成就动机模型
• 6.2.2 自私节点协作动机模型
• 6.3 仿真实验
• 6.3.1 基于服务协商的单点协作场景
• 6.3.2 基于联盟的多点协作场景
• 6.4 小结
• 第7章 结束语
• 7.1 论文总结
• 7.2 未来的研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文及专利