一种基于非合作博弈的DTN网络机会路由合作激励方法

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步的详细说明。

参见图2所示，本发明的采用的一种基于非合作博弈的DTN网络机会路由激励方法分为三个阶段：

第一阶段为源节点S发送转发请求阶段，采用机会路由的合作激励方法发送数据，在源节点有数据包信息要发送时，把要发送的数据长度和数据的TTL放入转发请求消息M_s＝{D，TTL_cur}中，广播给所有邻居，源节点S的邻居表示该节点与源节点S之间的距离小于源节点S的传输距离的所有节点。如图1所示，源节点S的邻居为P_n＝{A₁，A₂，A₃，A₄}。

第二阶段为邻居节点出价阶段，当邻居节点收到源节点发送的转发请求消息后，根据内存判定策略判断当前内存能否满足发送数据长度要求。如果满足，则根据剩余内存，剩余能量估价；反之，如果不满足，忽略转发请求。

在满足的条件下，用拍卖模型的贝叶斯纳什均衡解出价，并把出价放入应答消息中回发给源节点。

第三阶段为源节点支付阶段，源节点收到所有邻居节点的应答后，选择出价最低的邻居节点作为转发节点，给予转发节点相应支付，并发送数据包。

在本发明中，所述的DTN网络(如图1所示，包括有节点A1、节点A2、节点A3、节点A4、节点A5、节点A6、节点A7、节点A8、节点A9和节点A10)由一些移动的具有存储功能的并且使用电池的无线节点所构成。网络中的源节点为S(即A9节点)，目的节点为T(即A10节点)，若源节点S的邻居节点有节点A1，A2，A3，A4，用数学集合形式表达为P_n＝{A₁，A₂，A₃，A₄}。

在DTN网络中，对于机会路由的合作激励方法，采用如下步骤：

步骤1：源节点给所有邻居节点广播转发请求消息；

步骤2：邻居节点比较当前内存情况和请求消息中数据长度，决定是否参与转发；

步骤3：邻居节点如果参与转发，根据请求消息中数据包TTL、节点当前能量水平和内存情况估价。并利用拍卖模型的贝叶斯纳什均衡解出价；

步骤4：邻居节点把出价加入转发应答消息中，回传给源节点；

步骤5：源节点选择出价最低的节点给予相应支付并传输数据。

重复上述步骤，直到目的节点收到数据。

在本发明的步骤1中，源节点S发送转发请求的步骤为：

步骤101：源节点S把需要转发的数据长度和数据TTL加入转发请求消息中；其中，TTL值为当前数据包还能在网络中存活的时间，当TTL为O时，数据包被丢弃；

步骤102：源节点S广播转发请求消息给所有邻居节点。

在本发明的步骤2中，内存判定策略是用来判断邻居节点是否参与转发数据，其执行步骤为：

步骤201：比较当前剩余内存容量M_cur和请求消息中数据长度D，如果M_cur＞D，直接进入步骤3；如果M_cur＜D，令D_sum＝M_cur，进入步骤202；

步骤202：根据PROPHT中预测传送概率值的方法计算当前节点到目的节点的传送概率P(S，T)；判断队列是否为空，如果队列为空，忽略转发请求；如果队列不为空，从内存队列中取出一个数据，该数据大小为D′，比较当前节点到该数据的目的节点的传送概率P和P(S，T)；如果P＜P(S，T)，D_sum＝D_sum+D′，进入步骤203；如果P≥P(S，T)，进入步骤202；

步骤203：比较D_sum和D，如果D_sum≥D，进入步骤3；如果D_sum＜D，进入步骤202。

在本发明的步骤3中，邻居节点出价的步骤为：

步骤301：令TTL_cur为转发请求消息中的数据TTL，TTL_max为数据初始TTL，计算TTL_cur和TTL_max的商

步骤302：令节点当前能量为E_cur，节点初始能量为E_max，计算E_cur和E_max的商

$E_0=\frac{E_{\mathrm{cur}}}{E_{\max }};$

步骤303：根据拍卖模型的估价取值在[0，1]上的要求，对步骤301、302的结果和当前节点到目的节点的传送概率P(S，T)进行转发消息估价，得到转发消息的估计价格其中表示TTL₀占有估计价格v_i的比例，表示P(S，T)占有估计价格v_i的比例，表示E₀占有估计价格v_i的比例；

步骤304：根据拍卖模型的贝叶斯纳什均衡解和步骤四的估价，计算节点发送当前数据的最优出价n表示出价节点的个数。

在本发明的步骤4中，邻居节点回传应答消息的步骤为：

步骤401：邻居节点把步骤304得出的出价加入应答消息中。

步骤402：邻居节点给源节点发送应答消息。

在本发明的步骤5中，邻居节点回传应答消息的步骤为：

步骤501：源节点收到所有邻居节点应答消息后，选择出价最低的邻居节点为转发节点。

步骤502：源节点把转发节点出价放入数据包中，发送数据包。

由于大部分DTN网络中的节点都具有自私性，会导致机会路由性能大大下降。因此本发明提出一种基于非合作博弈的DTN网络机会路由合作激励方法，通过源节点传递支付手段激励各中间节点合作转发数据，把数据包每一跳的转发过程建模成了拍卖模型，找到了节点出价的贝叶斯纳什均衡解，最大化各个节点的收益。在估价时利用数据TTL、节点能量水平和节点内存情况等条件，使数据包沿着高性能的路径传输。本方法可以有效提高数据的传送成功率，减小数据传送延迟，减少网络中失效节点数，增强网络稳定性。因此，是一种较好的机会路由合作激励方法。