基於博弈理論歸一化的慷慨動態路由選擇方法
2023-10-25 15:10:02 2
基於博弈理論歸一化的慷慨動態路由選擇方法
【專利摘要】一種基於博弈理論歸一化的慷慨動態路由選擇方法，包括利用車聯網中的車載導航平臺，當源節點產生一個需要傳送到目的節點的數據包後，通過路由發現和路由維護來進行路由選擇，所述路由發現中，源節點存儲多條可將數據包傳送給目的節點的路徑，並選擇信譽度最高的節點作為下一跳節點。本發明可有效的隔離不協作的自私車輛節點，有效降低了自私行為的影響；使用更加慷慨的博弈方法，減少了對協作車輛的誤判；路由緩存器存儲多條路由路徑來達到更穩定的路由，能夠適應車聯網的移動性和信息擁塞的情況。
【專利說明】基於博弈理論歸一化的慷慨動態路由選擇方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及車聯網中無線節點路由選擇【技術領域】，具體為一種基於博弈理論歸一 化的慷慨動態路由選擇方法。
【背景技術】
[0002] 隨著車聯網技術的發展和道路安全問題的不斷深入，系統整體的整合以及車與車 等的之間的協同交互趨勢日漸明顯。然而，當車輛被購買後，一部分應用按照車主的意願或 者為了個人隱私被任意修改，導致車聯網內部存在自私行為。
[0003] 車聯網中，車輛傳感器節點被劃分為兩種類型：協作節點和不協作節點。協作節 點有能力完成網絡已部署給他的所有的相關工作，為車聯網整體做出貢獻。不協作節點指 那些不能夠完成網絡部署給他的工作的節點。不協作節點又被分為兩部分，一類是為達到 自身目的來竊取他人信息的惡意節點，此類節點會不惜代價來對整個車聯網造成傷害；另 一類是只收所需要的數據包面不為其它節點發送或轉發消息的自私節點，由於自私節點總 是很多信息的接收節點，因此是不能從車聯網中排除的。但是自私節點的存在是具有合理 性的，因為他們自私但不具有惡意性，這說明自私節點的目的是最大化他們自身的收益同 時最小化支出或對全網根本不貢獻任何資源，因此收益為其獲得的收益減去他們花費的成 本。
[0004] 因此，良好的節點活躍性能能夠確保網絡連通性的優勢，同時更準確的體現的車 聯網的核心，即互聯協作。儘管在其它類似的無線網絡中已經有很多研究用於解決協作問 題，如無線傳感器網絡（Wireless Sensor Networks, WSNs)和移動自組織網絡（Mobile Ad hoc network，MANET),但這些方法都不能很好的滿足車聯網特有的特點。
[0005] 首先，一些傳統常用的使用激勵機制的協作方法通過提供更多的服務作為獎勵， 這類方法對車聯網來說有很多弊端。一些惡意的節點為了獲取更多的獎勵制度和資源偽裝 成協作節點發送很多惡意信息。同時這些錯誤並且無用的惡意信息會導致流量擁塞的爆炸 式產生。因此，綜合考慮車輛隱私和自私行為，提出一種有效的提供最小量的資源並且不通 過提供除外的服務作為獎勵，以隔離不協作節點的方法是至關重要的。博弈理論中經典的 消除節點自私動機以及產生博弈均衡的均衡邊界條件有TFT (Tit For Tat，針鋒相對策略） 策略，是一個用於重複囚徒困境的有效策略。該策略步驟為從博弈協作開始響應請求後，每 次下一時間段都選擇對方前一階段的行為。即若對手上一時間段不響應請求，下一時間段 也選擇背叛；若對手上一時間段響應請求，則下時間段同樣選擇合作。但車聯網的快速移動 性不能很好的對數據包進行監聽。
[0006] 其次，由於車聯網報文受到車輛移動、信息衝突及其他幹擾原因，數據包的發送和 轉發不能被有效的監聽到。自私節點的形成很可能是由於錯誤的判斷，從而使已經擁有較 差連通性的車聯網中的協作節點不能及時獲得信息。事實上，對實際數據值的檢測是不太 可能的。博弈理論中帶有慷慨因子的GTFT(Generous Tit For Tat,慷慨的針鋒相對策略） 策略，在處理對手上一時間段的不響應行為時，策略中提供了慷慨因子來使博弈達更有效 的協作狀態。需要一種基於GTFT策略的慷慨因子同時依據車聯網中數據包的實際收發情 況提出一種更適合車聯網的協作性協議。
[0007]最後，能量約束問題在傳感器網絡中的一個顯著的問題，能量使用應該是明智謹 慎地。協作問題在傳感器網絡中運用包括能量控制和節能方面。事實上，未來的電動汽車 (ElectricVehicles，EVs)都配有大容量的電池，所以不再像傳感器網絡一樣受能量的約 束。車聯網中的電動汽車不再僅僅只是一個微小的傳感器節點，他們擁有足夠的能量，因 此，緩衝區容量問題將不再是一個要考慮的重要因素。此外，在路由通信時，車聯網中的節 點常常有大量的下一跳節點需要進行選擇，為了達到緩衝區和資源的高效利用率，可以考 慮緩存多路徑。同時，當一個協作節點被大量鄰居節點同時選擇為下一跳節點時，所造成的 擁塞會引起數據包的丟失。因此，提出一個更加穩定的路由協議顯得尤為關鍵。
【發明內容】
[0008] 針對上述問題，本發明的目的在於提供一種不考慮能量約束，面向協作節點與沒 有惡意性的自私節點，且能夠適應車聯網快速移動的特性的更加穩定的路由選擇方法，一 種基於博弈理論歸一化的慷慨動態路由選擇方法，技術方案如下：
[0009] 一種基於博弈理論歸一化的慷慨動態路由選擇方法，包括利用車聯網中的車載導 航平臺，當源節點產生一個需要傳送到目的節點的數據包後，通過路由發現和路由維護來 進行路由選擇，其特徵在於，所述路由發現中，源節點的路由緩存器中存儲多條可將數據包 傳送給目的節點的路徑，並選擇信譽度最高的節點作為下一跳節點；所述信譽度最高的節 點即估計數據包轉發比率NGDR t(x)值最大的節點；節點的估計數據包轉發比率NGDRt(x)的 計算方法如下：1)計算每個節點的路由選擇比率RR t(Yi - Yj):
[0010] 公式 1:
【權利要求】
1. 一種基於博弈理論歸一化的慷慨動態路由選擇方法，包括利用車聯網中的車載導航 平臺，當源節點產生一個需要傳送到目的節點的數據包後，通過路由發現和路由維護來進 行路由選擇，其特徵在於，所述路由發現中，源節點的路由緩存器中存儲多條可將，據包傳 送給目的節點的路徑，並選擇信譽度最高的節點作為下一跳節點；所述信譽度最高的節點 即估計數據包轉發比率NGDR t(x)值最大的節點；節點的估計數據包轉發比率NGDRt(x)的計 算方法如下： 1) 計算每個節點的路由選擇比率RRt(Yi - Yj): 公式1 :
其中，i表示中央節點，j表示中央節點的鄰居節點，為廣播路由請求數據包的下一跳 節點視作j ;t表示節點發送新的廣播數據包的時段序號(料，心)表示第t時段所有節 點實際轉發的數據包數量，碎胸表示第t時段目的節點需要獲得中央節點i讓其鄰 居節點集轉發的數據包數量； 2) 計算多路徑權值CRRt(x): 公式2 : 其中，X為當前節點，X e
Wt，表示第t時段內中央節點和鄰居節點的集合， y ￡ Y G {Ψ「χ} ;CRRt(x)它表示源節點到目的節點所有路徑的權重總和； 3) 計算節點的平均路由選擇轉發率ARRt(x) 公式3
4) 計算路由選擇數據包損失率RLRt(x): 公式 4 :RLRt(x) = l_ARRt(x) 5) 計算節點的慷慨的丟包博弈比率⑶Rt(x): 公式5 :
公式6 :
其中，-X為當前節點的對應下一跳鄰居節點，t-Ι為第t時段的上一時間段；DCLt (X)表 示t時段路由選擇數據包損失率RLRt (X)和慷慨的丟包博弈比率GDRt (X)的差值；由t = -1 時，DCLt(x) =0,可用迭代法由上述公式，求得⑶Rt(x); 6) 計算節點的估計數據包轉發比率NGDRt(x): 公式7
NGDRt(x)表示t時段內當前節點X對其下一跳節點-X的估計數據包轉發比率。
2. 根據權利要求1所述的一種基於博弈理論歸一化的慷慨動態路由選擇方法,其特徵 在於，所述路由發現的步驟為： 1)源節點廣播多個請求數據包，並將自己的地址記錄在請求數據包中；網絡中每一個 途經的轉發節點也將自己的地址記錄在請求數據包中； 2) 目的節點發回多個回複數據包給源節點； 3) 源節點進而獲得了多條可以將數據包傳送給目的節點的路徑，並將多條已經記錄的 路徑存到路由緩存器中； 4) 當前節點從路由緩存器中存儲的多條路徑記錄中，選擇信譽度最高的節點作為下一 跳節點； 5) 如果下一跳節點嚴重重複而造成路徑擁塞，則選擇路由緩存器中記錄的多條路徑中 下一個信譽度最高的節點作為下一跳節點，直到將數據包傳送成功。
3.根據權利要求1或2所述的一種基於博弈理論歸一化的慷慨動態路由選擇方法，其 特徵在於，所述路由維護的步驟為：如果當前節點在選擇路徑時，路由緩存器中沒有路徑 可以到達目的節點，或者路由已失效，則立刻重新執行路由發現階段算法，動態尋找新的路 由路徑。
【文檔編號】H04L12/725GK104219148SQ201410500000
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月25日 優先權日:2014年9月25日
【發明者】王俊峰, 李曉慧 申請人:四川大學