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基于博弈论的无线自组网节点协作性研究

作　者: 徐许亮
导　师: 董荣胜
学　校: 桂林电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 无线Ad Hoc网络博弈论节点协作纳什均衡激励机制
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

Ad Hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个自治网络系统。该网络的路由发现和分组转发两大功能不是通过专用的路由设备而是通过普通节点的共同协作完成。但是,Ad Hoc网络中节点的资源(能量、内存、带宽等)受限,一些节点会拒绝提供路由发现和分组转发服务,这就是节点的自私行为。本文基于博弈理论,使用网络仿真工具NS2,对Ad Hoc网络中自私节点的协作性进行了深入分析和研究。取得的主要成果有:(1)结合无线Ad Hoc网络及自私节点的特性,提出了节点博弈的效用模型。给出了一个纳什均衡分析框架,分别构建了礼尚往来策略、冷酷策略、单步触发策略和完全协作策略等四种策略的概率模型。在节点博弈的效用模型和不同策略的概率模型的基础上,分析了单阶段博弈的纳什均衡,对重复博弈中采用四种策略的纳什均衡及条件进行了分析和比较,得出了重复博弈中激励自私节点协作的最佳策略。(2)研究了增强自私节点协作的激励机制,分析和比较了不同机制的优缺点。在节点博弈的效用模型中加入了博弈的三要素:参与者、策略和效用函数,得到了无线AdHoc网络的非合作博弈模型。利用该模型给出了一个激励自私节点协作的效用函数,证明了该效用函数的有效性和合理性。(3)基于源节点的通信需求和转发节点的转发成本对非合作博弈模型进行了改进,引入了“支付-补偿”的定价机制,形成了一个博弈论与虚拟货币结合的非合作博弈机制。利用网络仿真工具NS2对该机制进行了仿真实验。结果表明,非合作博弈机制能够有效激励节点协作,提高网络吞吐量和分组转发率,避免网络边缘节点出现资金短缺,实现了网络的公平性。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-10
    1.2.1 基于声誉值的激励机制  9
    1.2.2 基于虚拟货币的激励机制  9-10
    1.2.3 基于博弈论的分析方法  10
    1.2.4 不同机制相结合的方法  10
  1.3 研究内容  10-11
  1.4 结构安排  11-13
第二章无线Ad Hoc网络与博弈论  13-27
  2.1 Ad Hoc网络概述  13-18
    2.1.1 Ad Hoc网络概念  13-14
    2.1.2 Ad Hoc网络的特点  14-15
    2.1.3 Ad Hoc网络的典型应用  15-18
  2.2 Ad Hoc网络中节点协作的重要性分析  18-20
    2.2.1 节点缺乏协作性的原因  18-19
    2.2.2 自私节点的分类  19-20
    2.2.3 节点自私行为对网络性能的影响  20
  2.3 博弈论概述  20-24
    2.3.1 博弈论基本概念及相关定义  21-22
    2.3.2 纳什均衡  22
    2.3.3 重复博弈  22-23
    2.3.4 博弈论在Ad Hoc网络中的应用  23-24
  2.4 网络仿真工具NS2简介  24-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章节点协作的纳什均衡分析  27-38
  3.1 问题提出  27-28
  3.2 Ad Hoc网络的基本假设  28-29
  3.3 节点博弈的效用模型描述  29
  3.4 单阶段博弈的纳什均衡分析  29-30
  3.5 重复博弈的纳什均衡分析  30-37
    3.5.1 节点博弈的效用模型的扩展  31
    3.5.2 礼尚往来策略的纳什均衡分析  31-32
    3.5.3 冷酷策略的纳什均衡分析  32-33
    3.5.4 单步触发策略的纳什均衡分析  33-34
    3.5.5 完全协作策略的纳什均衡分析  34-35
    3.5.6 策略比较及结果分析  35-37
  3.6 本章小结  37-38
第四章节点协作的激励机制分析  38-48
  4.1 无线Ad Hoc网络中三种激励机制分析  38-42
    4.1.1 基于声誉值的激励机制分析与比较  38-40
    4.1.2 基于虚拟货币的激励机制分析与比较  40-42
    4.1.3 基于博弈论的分析方法  42
  4.2 Ad Hoc网络中节点协作的非合作博弈模型描述  42-43
  4.3 一个激励自私节点协作的效用函数  43-46
    4.3.1 一个呈线性关系的效用函数  44
    4.3.2 效用函数的有效性及合理性证明  44-46
  4.4 本章小结  46-48
第五章激励节点协作的非合作博弈机制的分析与设计  48-58
  5.1 问题提出  48
  5.2 Ad Hoc网络的分析  48-49
    5.2.1 “支付-补偿”机制描述  48-49
    5.2.2 Ad Hoc网络模型  49
  5.3 节点协作的非合作博弈机制  49-52
    5.3.1 非合作博弈机制的描述  49-50
    5.3.2 机制的设计方案  50-52
  5.4 仿真实验  52-56
    5.4.1 评估指标  52
    5.4.2 仿真场景及模型参数设置  52-53
    5.4.3 结果分析  53-56
  5.5 本章小结  56-58
第六章结束语  58-60
  6.1 主要研究工作  58-59
  6.2 下一步有待研究的问题  59-60
参考文献  60-65
致谢  65-66
作者在攻读硕士期间主要研究成果  66

基于博弈论的无线自组网节点协作性研究

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