一种无线网络中降低传输延迟的信息共享方法

摘要

本发明公开了一种无线网络中降低传输延迟的信息共享方法，包括：拥有部分信息的N个移动节点之间首先进行信息共享，基于博弈中的聚合‑分裂原则计算联盟收益，考虑联盟收益的最大化来形成不相交的小联盟；找出所有联盟中具有最大收益的联盟，将其作为广播联盟，并向其它含有部分信息的移动节点进行数据广播；通过聚合‑分裂原则，拥有全部数据的移动节点作为发送节点，与其它需要数据的移动节点形成新的联盟以发送所拥有的全部数据信息；在联盟内，当出现一些不在发送节点的通信范围内的移动节点时，通过在通信范围内的节点做中继节点来转发发送节点的信息，这样使得联盟内所有移动节点都能够接收到信息。本发明提高了信息获得的可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及无线网络中节点间信息共享领域，尤其涉及一种无线网络中降低传输延迟的信息共享方法，该方法基于合作联盟博弈的信息共享联盟形成方法，以降低信息共享数据传输的时间延迟。

背景技术

无线网络中的移动节点，如无人机、汽车等，由于具有较快的移动性或者是当其移动到距离基站的距离较远时，这些移动节点之间可以不通过固定基础设施，而是形成自组织网络(Ad-hoc)，在自组织网络中将彼此获取的信息(如无人机勘察到的信息、车辆了解的路况等)进行共享。在现有的无线网络中，移动节点通常是将获取到的信息传递给固定的基础设施(如：地面基站)，然后固定的基础设施在将获得的信息传递给其它需要该信息的节点。

这种方式的局限性在于由于移动节点的快速移动性，移动节点经过基础设施的时间较短，这样不能保证移动节点可以获得全部的信息。另一方面，当移动节点不在基站的覆盖范围内时，数据传递则不能进行。这些都增加了信息共享所需要的时间，降低了信息共享的可靠性。

发明内容

本发明提供了一种无线网络中降低传输延迟的信息共享方法，依据于合作博弈理论，将其与无线网络中移动节点之间的相互通信相结合，从而有效的实现移动节点之间的信息共享,减少通信过程中的时延，保证通信的可靠性，详见下文描述：

一种无线网络中降低传输延迟的信息共享方法，所述信息共享方法包括以下步骤：

拥有部分信息的N个移动节点之间首先进行信息共享，基于博弈中的聚合-分裂原则计算联盟收益，考虑联盟收益的最大化来形成不相交的小联盟；

找出所有联盟中具有最大收益的联盟，将其作为广播联盟，并向其它含有部分信息的移动节点进行数据广播；

通过聚合-分裂原则，拥有全部数据的移动节点作为发送节点，与其它需要数据的移动节点形成新的联盟以发送所拥有的全部数据信息；

在联盟内，当出现一些不在发送节点的通信范围内的移动节点时，通过在通信范围内的节点做中继节点来转发发送节点的信息，这样使得联盟内所有移动节点都能够接收到信息。

本发明提供的技术方案的有益效果是：本发明提出一种基于形成合作博弈的低传输延迟信息共享方法，将其应用于无线网络中移动节点之间信息的传递，解决了移动节点之间的信息共享时间延迟较大问题。本发明可以使得所有移动节点在较短时间内获得全部信息，并提高了信息获得的可靠性。

附图说明

图1为一种无线网络中降低传输延迟的信息共享方法的流程图；

图2为系统模型图；

即，表示节点最初始的状态。

图3为拥有不同信息的移动节点之间相互传递数据的示意图；

即，在小联盟内拥有不同信息的移动节点之间相互传递数据，使得每个移动节点拥有全部数据信息的示意图。

图4为拥有全部数据的移动节点向其它移动节点传递信息的示意图。

即，拥有全部数据的每个移动节点与没有数据包的其它移动节点形成新的联盟，向其它移动节点传递信息，使所有新联盟内移动节点获得所有数据信息。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施方式作进一步地详细描述。

为了解决现有技术中的缺点，本发明实施例将合作博弈的技术应用于无线网络中移动节点之间的通信，该应用不仅可以增加移动节点之间通信的可靠性而且可以减小移动节点之间信息传输所用的时间。

合作博弈以特征函数的形式(N,v)给出。N＝{1,2,...,,n}表示参与者(players)的集合，其中n是正整数，表示参与者的个数。S表示参与者的联盟(coalition)，为N的子集，即v为N中每一个联盟S的特征函数。v(S)表示联盟S中的博弈参与者通过相互合作获得的价值，它表示为参与者形成联盟获得的收益U(S)与形成联盟所需要的代价C(S)之差。

依据联盟中参与者的不同形成情况，可以将合作博弈分为三种形式：规范合作博弈、形成合作博弈以及图博弈。本发明实施例中使用形成合作博弈，在形成合作博弈中博弈参与者形成独立不相交的小联盟。如果小联盟内每个参与者的效益合理分配，会形成稳定的联盟结构。

实施例1

一种无线网络中降低传输延迟的信息共享方法，参见图1，该信息共享方法具体包括以下步骤：

101：拥有部分信息的N个移动节点之间首先进行信息共享，基于博弈中的聚合-分裂原则计算联盟收益，考虑联盟收益的最大化来形成不相交的小联盟；

102：找出所有联盟中具有最大收益的联盟，将其作为广播联盟，并向其它含有部分信息的移动节点进行数据广播；

103：通过聚合-分裂原则，拥有全部数据的移动节点作为发送节点，与其它需要数据的移动节点形成新的联盟以发送所拥有的全部数据信息；

104：在联盟内，当出现一些不在发送节点的通信范围内的移动节点时，通过在通信范围内的节点做中继节点来转发发送节点的信息，这样使得联盟内所有移动节点都能够接收到信息。

综上所述，本发明实施例将基于形成合作博弈的低传输延迟信息共享方法，应用于无线网络中移动节点之间信息的传递，解决了移动节点之间的信息共享时间延迟较大问题。本发明实施例可以使得所有移动节点在较短时间内获得全部信息，并提高了信息获得的可靠性。

实施例2

下面结合具体的计算公式、图2、图3和图4对实施例1中的方案进行详细的介绍，该信息共享方法基于合作博弈理论的无线网络中移动节点之间的通信模型，模型参见图2，详见下文描述：

201：拥有部分信息的N个移动节点(如图2中节点1-4)之间首先进行信息共享，基于博弈中的聚合-分裂原则(Merge-Split-Rule)^[1]，通过公式(3)计算联盟收益，考虑联盟收益的最大化来形成不相交的小联盟；

其中，最初的移动节点所拥有数据不相同，利用形成合作博弈理论，移动节点之间在不损害自身利益的条件下，出于增加自身收益的目的形成多个互不相交的小联盟。

202：找出所有小联盟中具有最大收益的联盟，将其作为广播联盟(如图2中节点3、4)，并向其它含有部分信息的移动节点(如图2中节点1、2)进行数据广播，这样移动节点(如图2中节点1-4)拥有全部信息；

参见图2，在初始的情况下，移动节点1-4在移动过程中获得一些信息，需要将彼此拥有的信息进行共享，得到一个完整的信息。在得到完整的信息后，它们将这些信息传递给节点5-9，使得该区域中的移动节点都具有这些信息。

203：通过聚合-分裂原则，拥有全部数据的移动节点作为发送节点(如图3中节点2、4)，与其它需要数据的移动节点形成新的联盟以发送所拥有的全部数据信息；

204：在联盟内，当出现一些不在发送节点的通信范围内的移动节点时，可以通过在通信范围内的节点做中继节点来转发发送节点的信息，这样使得联盟内所有移动节点都能够接收到信息。

参见图3，根据联盟形成算法中的聚合-分裂原则，移动节点3和移动节点4形成的联盟具有最大的收益，因此它们形成广播联盟，向其它的移动节点广播信息。重复以上过程，直至移动节点1-4都拥有了全部的信息。

参见图4，当移动节点1到4拥有全部的信息时，移动节点1到4将这些信息传递给其它的移动节点，也就是图中发送节点将信息传递给接收节点。当接收节点(如节点7、9)不在发送节点(如节点2、4)的通信范围内时，采取联盟的方式解决这个问题。这些移动节点形成联盟，联盟中需要含有至少一个含有信息节点，通过聚合-分裂原则，不断地进行迭代，直至获得稳定的联盟结构。在联盟内通过中继节点(如节点6、节点8)将信息传递给不在发送节点范围内的节点。最终，达到信息共享的目的。

其中，信息传输系统如图2、3所示：N个移动节点彼此具有不同的信息，根据步骤201、202实现N个移动节点之间形成小联盟，实现信息共享。步骤203、204将所拥有的信息通过形成新的联盟传递给其余M个移动节点。

其中，在过程一中(也就是步骤201、202)，基于形成合作博弈，节点的收益函数为^[2]：

$>U\left(S\right)=\theta \{\frac{x{\left(t\right)}^2}{2}+[N^2-P^X\left(t\right)-\frac{1}{2}]x\left(t\right)-[N^2-P^X\left(t\right)\left]\right\}---\left(1\right)$>

其中，θ是价格因子；X表示给定的信息共享机制；P^X(t)＝∑_i∈Ω|Γ_i|表示当前时隙拥有数据包的总数；Ω表示拥有信息的移动节点的数量；i表示移动节点；Γ_i表示移动节点i拥有的信息；x(t)＝P^X(t)-P^X(t-1)表示当前时隙成功传输的数据包的数量；P^X(t-1)为上一个时隙拥有数据包的总数。

节点传递信息需要的代价表示为^[2]：

$>C\left(S\right)=\left(\begin{array}{cc}\xi \left|S\right|,& \begin{array}{cc}if& \left|S\right|>1\end{array}\\ 0,& otherwise\end{array}\right)---\left(2\right)$>

其中，ξ为代价系数；|S|为联盟大小；因此，联盟的价值函数为：

V₁(S)＝U(S)-C(S)(3)

其中，步骤203、204中联盟的价值函数为^[3]：

$>V_2\left(S\right)=\left(\begin{array}{cc}\frac{{L_s}^{\beta }}{{(P_{i,j}·\underset{i=2}{\overset{\left|S\right|}{\Sigma }}{s}_i{d}_{i,j})}^{\left|v\right|(1-\beta )}},& \begin{array}{cc}if& \left|S\right|>1\end{array}\\ 0,& otherwise\end{array}\right)---\left(4\right)$>

其中，β∈(0,1)是关于吞吐量-延时的参数；P_i,j是数据包从j节点到i节点的成功传输的概率；d_i,j是接收节点与发射节点j之间的距离；|v|是接收节点与发射节点的相对速度；L_s是平均吞吐量，|S|表示联盟中移动节点的数量。

综上所述，本发明实施例将基于形成合作博弈的低传输延迟信息共享方法，应用于无线网络中移动节点之间信息的传递，解决了移动节点之间的信息共享时间延迟较大问题。本发明实施例可以使得所有移动节点在较短时间内获得全部信息，并提高了信息获得的可靠性。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

参考文献：

[1]Das B,Misra S,Roy U.Coalition Formation for Cooperative Service-based Message Sharing in Vehicular Ad Hoc Networks[J].2016(1):1-1.

[2]Wang T,Song L,Han Z,et al.Dynamic Popular Content Distribution inVehicular Networks using Coalition Formation Games[J].IEEE Journal onSelected Areas in Communications,2012,31(9):538-547.

[3]Das B,Misra S,Roy U.Coalition Formation for Cooperative Service-based Message Sharing in Vehicular Ad Hoc Networks[J].2016(1):1-1.