容迟网络节点合作机制研究

摘要

容迟网络(DTNs)是一种不存在稳定端到端连接的网络，具有长时延、间歇中断、节点缓存小和计算能力低等特点，已广泛应用于社交网络、车载网络、灾难救援、环境监测、军事战略等领域。目前，相关学者已经提出一些 DTN路由和分发协议用于有效的数据传递。上述协议假设节点间是非自私、完全合作的，然而由于缓存、能量等资源有限，DTN网络中会存在大量自私节点。随着网络中自私节点数量的增加，节点间不合作程度会增大，从而导致路由性能的严重下降。因此，针对 DTN节点的自私性，设计能够有效激励自私节点进行合作转发的节点合作机制来提高路由性能具有重要意义。
　　为激励 DTN自私节点合作转发消息，提高路由性能，本文分别针对节点个体自私性和社会自私性的合作机制进行研究。针对节点个体自私性，从如何激励自私节点快速转发消息、减小拥塞影响、提高安全性等方面展开深入研究。在以上研究的基础上，针对节点社会自私性，从如何有效激励社会自私节点在组内和组间合作转发方面展开研究。本文具体研究内容如下：
　　首先，针对当前节点合作机制不能有效激励自私节点为减小消息传递时延而快速转发的问题，提出一种基于虚拟货币的 DTN激励感知低时延节点合作机制，以激励DTN自私节点快速转发消息。建立基于时延的货币支付和分配策略，促使自私节点快速转发其他节点的消息，将直接互利消息转发给传递时延小的节点，并交换可交换互利消息。建立轮流出价讨价还价博弈模型以确定节点的可交换互利消息，并设计一种求解该模型子博弈完美均衡的贪婪算法。通过仿真实验对该合作机制的性能进行了仿真验证。
　　其次，针对当前节点合作机制不能有效激励自私节点在缓存拥塞情况下合作转发的问题，提出一种基于双向拍卖的 DTN拥塞感知节点合作机制。根据消息传递概率和节点拥塞度计算消息期望值，然后通过双向拍卖模型交易消息，使得高连接度节点的消息被转发给具有高传递概率和低连接度的节点，最终到达目的节点。建立双向拍卖交易过程的一种贝叶斯博弈模型，并求解贝叶斯均衡值以获得最优解来交易消息。在真实数据集上对该合作机制的性能进行了仿真验证。
　　再次，针对当前节点合作机制不能有效抵抗节点可能发起的内容修改、节点插入、节点删除、消息丢弃等攻击的问题，提出一种安全有效的 DTN节点合作机制。设计基于概率增量的货币奖励策略来促使自私节点根据概率增量来合作转发消息，并结合转发票据和相遇票据来阻止节点发起内容修改、节点插入、节点删除攻击，通过检测惩罚机制来检测自私节点是否故意丢弃消息，从而阻止消息丢弃攻击。在路由和分发情景下对该合作机制的性能进行了仿真验证。
　　最后，针对当前社会自私节点合作机制不能有效激励组内和组间节点合作转发的问题，提出一种社会感知的 DTN节点合作机制。设计基于组间概率增量的货币奖励策略来促使社会节点组进行组间合作转发。设计组内信息共享策略，使得组内节点根据共享相遇信息表计算消息的节点传递概率、节点组传递概率和组间传递概率。设计组内节点的缓存共享合作策略使得拥塞节点能够及时将消息迁移给其他节点，防止由于缓存有限而被丢弃。通过仿真实验，在多种情景下对该社会感知的 DTN节点合作机制的性能进行了仿真验证。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 DTN相关理论基础

1.3 DTN节点合作机制研究现状

1.4 本文主要工作

1.5 论文组织结构

第2章 基于虚拟货币的DTN激励感知低时延节点合作机制

2.1 引言

2.2 系统模型与假设

2.3 基于虚拟货币的激励感知低时延节点合作机制

2.4 性能评估

2.5 本章小结

第3章 基于双向拍卖的DTN拥塞感知节点合作机制

3.1 引言

3.2 系统模型与假设

3.3 基于双向拍卖的拥塞感知节点合作机制

3.4 性能评估

3.5 本章小结

第4章 安全有效的DTN节点合作机制

4.1 引言

4.2 系统模型与假设

4.3 安全有效的DTN节点合作机制

4.4 性能评估

4.5 本章小结

第5章 社会感知的DTN节点合作机制

5.1 引言

5.2 系统模型与假设

5.3 社会感知的节点合作机制

5.4 性能评估

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢

个人简历