專利名稱：一種無(wú)線自組網(wǎng)中基于博弈論的協(xié)同通信方式的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在無(wú)線自組網(wǎng)中使用博弈論的協(xié) 同通信方式。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線通信已經(jīng)越來(lái)越普及。例如手機(jī)網(wǎng)絡(luò)，筆記本網(wǎng)絡(luò)等等。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信方式(如手機(jī)和基站之間的通信)己經(jīng)不能滿足人 們的需要，特別是全向天線的產(chǎn)生，使得協(xié)同通信方式逐漸進(jìn)入通信的大舞臺(tái)。
全向天線是指一個(gè)天線可以同時(shí)的向周?chē)鱾€(gè)方向發(fā)射信號(hào)，也可以接收來(lái)自各個(gè)方 向的信號(hào)，與傳統(tǒng)的定向天線不同的是它的發(fā)射接收方向角是全方位的。
傳統(tǒng)的通信模型中，發(fā)射端發(fā)射信號(hào)，接收端接收信號(hào)并解調(diào)譯碼得到信息。然而由 于無(wú)線通信的特殊性，在無(wú)線通信中，接收天線接收到的信號(hào)功率不僅僅取決于發(fā)射天線 的發(fā)射功率，還取決于發(fā)射天線與接收天線之間的距離以及它們之間的物理狀況。在這之
中，距離是影響接收功率的一個(gè)很大的因素。距離越大，接收功率越小，而且接收功率一 般與距離的2 5 (取決于不同的信道模型)次方成反比。從而當(dāng)發(fā)送方與接收方距離很遠(yuǎn) 的時(shí)候，接收信號(hào)的質(zhì)量將會(huì)很差，甚至不能接收到正確的信號(hào)。此時(shí)，無(wú)線通信中引入 了中繼的概念，例如手機(jī)通信中，基站的作用就相當(dāng)于一個(gè)中繼。通過(guò)一步或者多步中繼， 使得發(fā)送端的信號(hào)能正確的傳遞到接收端。
考慮到無(wú)線傳輸?shù)奶厥庑?，在無(wú)線傳輸?shù)臅r(shí)候，當(dāng)發(fā)射天線發(fā)射一個(gè)信號(hào)的時(shí)候，如 果在距離發(fā)射天線某個(gè)距離(如l千米)的天線能正確接收到發(fā)射天線的信號(hào)，那么在這 二者之間的天線(與發(fā)送方距離小于l千米)也能正確接收到該信號(hào)。換句話說(shuō)，無(wú)線通 信中信號(hào)傳輸取決于距離的長(zhǎng)短而與接收方的數(shù)量無(wú)關(guān)。這就帶來(lái)一個(gè)很大的無(wú)線多播優(yōu) 勢(shì)。協(xié)同通信技術(shù)就是基于無(wú)線多播優(yōu)勢(shì)而發(fā)展起來(lái)的。發(fā)送方通過(guò)廣播模式發(fā)送信號(hào)之 后，在其周?chē)亩鄠€(gè)天線接收到該信號(hào)，然后某些天線可以作為中繼將發(fā)送方的信號(hào)傳遞 給它要傳輸?shù)慕邮辗健＿@樣，如果發(fā)送方和接收方相距較遠(yuǎn)時(shí)，在發(fā)送方就可以不必要使 用很大的功率發(fā)射信號(hào)來(lái)保證接收方的信號(hào)質(zhì)量，而只需要使用較小的功率即可，通過(guò)中 繼的協(xié)同，接收方仍然可以獲取較高質(zhì)量的信號(hào)。
當(dāng)前的協(xié)同通信路由技術(shù)主要是研究怎樣在無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)中尋找一個(gè)最優(yōu)路由路徑， 使得發(fā)送端到接收端的整條路徑所需要的能量最小。然而，在這之中卻存在一個(gè)問(wèn)題，就 是中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息的時(shí)候是需要消耗它的能量并且占用它的帶寬，那么，即使找到的路 由是最優(yōu)的，即發(fā)送到接收的能量消耗總和最小，但是對(duì)于中繼節(jié)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，它是吃虧的， 因?yàn)樗枰淖约旱哪芰縼?lái)為發(fā)送方轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。那么，它就不會(huì)愿意成為中繼并給發(fā)送 方轉(zhuǎn)發(fā)信息，本發(fā)明提出的方法就是在這樣的條件下，用博弈論的理論和拍賣(mài)模型來(lái)解決 這個(gè)問(wèn)題。博弈就是參與人(可能是個(gè)人，也可能是團(tuán)體)在一定的規(guī)則下，同時(shí)或者先后行動(dòng)， 一次或者多次，從各自允許選擇的行動(dòng)或者戰(zhàn)略中進(jìn)行選擇并加以實(shí)施，而取得相應(yīng)結(jié)果 (用支付函數(shù)表示)的過(guò)程。拍賣(mài)模型是一種常用的模型。最高價(jià)格密封拍賣(mài)出價(jià)又稱為 一級(jí)密封價(jià)格拍賣(mài)。在這種拍賣(mài)中，每個(gè)投標(biāo)人分別將自己的出價(jià)寫(xiě)入信封中，密封后同 時(shí)交給拍賣(mài)人。每個(gè)投標(biāo)人知道自己的出價(jià)，但不知道別人的出價(jià)。出價(jià)最高的獲得物品， 并按此價(jià)格付給賣(mài)者。投標(biāo)人的行動(dòng)是一個(gè)出價(jià)，這個(gè)出價(jià)是物品對(duì)投標(biāo)人自己的價(jià)值， 以及他對(duì)其他參與人估價(jià)的先驗(yàn)信息的函數(shù)。贏得拍賣(mài)的投標(biāo)人的得益等于物品對(duì)他的價(jià) 值減去他的出價(jià)。這里的投標(biāo)人和賣(mài)者都是博弈過(guò)程中的一個(gè)參與人。無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的研究主要體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)中激勵(lì)合作機(jī)制的設(shè)計(jì)，這方面的機(jī)制 主要分為3類(lèi)信用機(jī)制、價(jià)格機(jī)制和拍賣(mài)機(jī)制。信用機(jī)制的設(shè)計(jì)思想是為網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn) 構(gòu)造信用值，其目的是l)提供用以判定節(jié)點(diǎn)是否可信任的信息；2)鼓勵(lì)節(jié)點(diǎn)的合作行為； 3)排斥非合作節(jié)點(diǎn)獲取該機(jī)制所保護(hù)的合作服務(wù)。價(jià)格機(jī)制的設(shè)計(jì)思想借助于微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)的理論，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)看作一個(gè)交易市場(chǎng)。初始時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有相同的虛擬貨幣數(shù)(稱 Nuglet)，如果節(jié)點(diǎn)愿意為其它節(jié)點(diǎn)提供轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)則可以獲得一定量的貨幣，而如果節(jié)點(diǎn)接 受服務(wù)就要付出相應(yīng)的貨幣，節(jié)點(diǎn)可允許進(jìn)行的通信次數(shù)是由自身所具有的貨幣數(shù)目決 定。拍賣(mài)機(jī)制的設(shè)計(jì)思想是在無(wú)線自組網(wǎng)常用路由的場(chǎng)景下，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)對(duì)于轉(zhuǎn)發(fā)分組 有自己的評(píng)價(jià)(轉(zhuǎn)發(fā)分組的開(kāi)銷(xiāo))，系統(tǒng)的目標(biāo)是希望在考慮節(jié)點(diǎn)自私性的情況下，選擇出 費(fèi)用最優(yōu)的路由。當(dāng)前無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的中繼選擇方法主要有最近鄰選擇法，即選擇最近的鄰居節(jié)點(diǎn)作為中繼；簇中心選擇法，即將相鄰的幾個(gè)無(wú)線節(jié)點(diǎn)作為一個(gè)簇，并選取一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為該簇的 中心，該簇中的節(jié)點(diǎn)都選擇簇中心節(jié)點(diǎn)作為中繼；隨即選擇法，即隨即的選擇與發(fā)送節(jié)點(diǎn) 相鄰的一個(gè)或者多個(gè)節(jié)點(diǎn)作為中繼。這些中繼方法各有好壞，如最近鄰和隨即選擇法計(jì)算 簡(jiǎn)單且不需要額外的記錄開(kāi)銷(xiāo)，而簇中心選擇法需要記錄每個(gè)節(jié)點(diǎn)的歸屬簇以及該簇中心 等。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明針對(duì)無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)中中繼選擇問(wèn)題，提出了一種無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的 協(xié)同通信方式，通過(guò)聯(lián)合解碼，本發(fā)明可使得接受數(shù)據(jù)的質(zhì)量更高，接收方能更準(zhǔn)確的解碼關(guān)鍵幀；避免了自組網(wǎng)中"純自私"節(jié)點(diǎn)的只發(fā)不路由的行為，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)向吞吐量 和傳輸質(zhì)量極大化的方向轉(zhuǎn)化。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種在無(wú)線自組網(wǎng)中使用博弈論的協(xié)同通信方法，包括以下步驟1) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)將數(shù)據(jù)包直接發(fā)送給接收節(jié)點(diǎn)所需要的功率及該數(shù)據(jù)包的重要性等級(jí)來(lái)判斷是否需要使用中繼，若否，則直接傳輸；若是，則廣播發(fā)送控制包，在該發(fā)送控制包中包括接收節(jié)點(diǎn)的地址，待發(fā)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，待發(fā)數(shù)據(jù)包重要性等級(jí)以及發(fā)送節(jié)點(diǎn)預(yù)計(jì)可以付給轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包的鄰居節(jié)點(diǎn)的價(jià)格；2) 鄰居節(jié)點(diǎn)接收到發(fā)送控制包，根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信用信息以及發(fā)送控制包的信息做出判斷，若愿意作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)的中繼則回饋給發(fā)送節(jié)點(diǎn)一個(gè)中繼響應(yīng)包，該中繼響應(yīng)包中包 括其所能提供的轉(zhuǎn)發(fā)功率以及轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包所開(kāi)出的信用價(jià)格；若不愿意，則可以不予回 饋；3) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)在等待時(shí)間T內(nèi)接收到的周?chē)徆?jié)點(diǎn)回饋的中繼響應(yīng)包，并根據(jù)中繼 響應(yīng)包信息和待發(fā)送包的大小、重要性等級(jí)等選擇一個(gè)或一個(gè)以上中繼節(jié)點(diǎn)，向選定的中 繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包；4) 中繼節(jié)點(diǎn)按照所述的轉(zhuǎn)發(fā)功率轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；5) 接收節(jié)點(diǎn)接收到來(lái)自中繼的數(shù)據(jù)包后，向發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)目的響應(yīng)包，該目的響 應(yīng)包中包括是否正確接收到該數(shù)據(jù)包以及接收到來(lái)自哪些中繼轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包的信息；6) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到所述目的響應(yīng)包后，若發(fā)送成功，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)向目的響應(yīng)包包含的 所有中繼節(jié)點(diǎn)付給每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)在步驟2)中開(kāi)出的信用價(jià)格并更新本節(jié)點(diǎn)和所有中繼節(jié) 點(diǎn)的信用擁有量信息(每個(gè)節(jié)點(diǎn)在初始接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)可分配到一定的信用擁有量，具體數(shù)量 可以由網(wǎng)絡(luò)管理員來(lái)確定)，否則，重發(fā)數(shù)據(jù)包。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1) 在傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信基礎(chǔ)上引入了協(xié)同通信技術(shù)，接收方會(huì)收到來(lái)自發(fā)送方以及中 繼的數(shù)據(jù)包，通過(guò)聯(lián)合解碼，可使得接受數(shù)據(jù)的質(zhì)量更高。2) 對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包引入了重要性等級(jí)的概念，這使得對(duì)不同內(nèi)容的數(shù)據(jù)包有不同的工 作方式。特別是在視頻傳輸中，重要性很高的關(guān)鍵幀將得到更高的關(guān)注，從而使得在接收 方能更準(zhǔn)確的解碼關(guān)鍵幀。3) 考慮了自組網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的自私性，應(yīng)用博弈論的觀點(diǎn)來(lái)使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信質(zhì)量 能得到提高，避免了傳統(tǒng)通信中節(jié)點(diǎn)"無(wú)私"路由給自身帶來(lái)的缺點(diǎn)，也避免了自組網(wǎng)中"純自私"節(jié)點(diǎn)的只發(fā)不路由的行為。4) 通過(guò)效用函數(shù)的正確設(shè)置，能促進(jìn)自組網(wǎng)中合作節(jié)點(diǎn)的行為，使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)向吞 吐量和傳輸質(zhì)量極大化的方向轉(zhuǎn)化。


圖1為本發(fā)明方法的總體流程框圖。 圖2為發(fā)送控制包格式。 圖3為中繼響應(yīng)包格式。 圖4為目的響應(yīng)包格式。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明提出的一種無(wú)線自組網(wǎng)中基于博弈論的協(xié)同通信方式結(jié)合附圖及實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明如下1 )發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)將數(shù)據(jù)包直接發(fā)送給接收節(jié)點(diǎn)所需要的功率及該數(shù)據(jù)包的重要性等級(jí) 來(lái)判斷是否需要使用中繼，若否，則直接傳輸；若是，則廣播發(fā)送控制包，在該發(fā)送控制包中包括接收節(jié)點(diǎn)的地址，待發(fā)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，待發(fā)數(shù)據(jù)包重要性等級(jí)以及發(fā)送節(jié)點(diǎn)預(yù)計(jì)可 以付給轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包的鄰居節(jié)點(diǎn)的價(jià)格；2) 鄰居節(jié)點(diǎn)接收到發(fā)送控制包，根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信用信息以及發(fā)送控制包的信息做出 判斷，若愿意作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)的中繼則回饋給發(fā)送節(jié)點(diǎn)一個(gè)中繼響應(yīng)包，該中繼響應(yīng)包中包 括其所能提供的轉(zhuǎn)發(fā)功率以及轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包所開(kāi)出的信用價(jià)格；若不愿意，則可以不予回 饋；3) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)在等待時(shí)間T內(nèi)(一定的時(shí)鐘周期，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞情況調(diào)整)接收 到的周?chē)徆?jié)點(diǎn)回饋的中繼響應(yīng)包，并根據(jù)中繼響應(yīng)包信息和待發(fā)送包的大小、重要性等 級(jí)等選擇一個(gè)或一個(gè)以上中繼節(jié)點(diǎn)，向選定的中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包；4) 中繼節(jié)點(diǎn)按照所述的轉(zhuǎn)發(fā)功率轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；5) 接收節(jié)點(diǎn)接收到來(lái)自中繼的數(shù)據(jù)包后，向發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)目的響應(yīng)包，該目的響 應(yīng)包中包括是否正確接收到該數(shù)據(jù)包以及接收到來(lái)自哪些中繼轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包的信息；6) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到所述目的響應(yīng)包后，若發(fā)送成功，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)向目的響應(yīng)包包含的 所有中繼節(jié)點(diǎn)付給每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)在步驟2)中開(kāi)出的信用價(jià)格并更新本節(jié)點(diǎn)和所有中繼節(jié) 點(diǎn)的信用擁有量(每個(gè)節(jié)點(diǎn)在初始接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)可分配到一定的信用擁有量，具體數(shù)量可以 由網(wǎng)絡(luò)管理員來(lái)確定)，否則，重發(fā)數(shù)據(jù)包。上述步驟l)中，計(jì)算直接發(fā)送給接收節(jié)點(diǎn)所需要的功率^_,為其中丄，為待發(fā)送包的重要性等級(jí)(不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)包的重要性等級(jí)不一樣，例如在視 頻通信過(guò)程中，關(guān)鍵幀的重要性等級(jí)比非關(guān)鍵幀的重要性等級(jí)要高，(在一般的無(wú)線通信， 可分為一般普通數(shù)據(jù)包、 一般重要數(shù)據(jù)包、視頻普通數(shù)據(jù)包、視頻重要數(shù)據(jù)包等幾個(gè)重要 性等級(jí))；W。為信道噪聲功率；c/為發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之間的距離；a為信道衰減指數(shù)， 取值為2 4; 5TVi 。為正確解碼的最低信噪比閾值(根據(jù)不同的編解碼方式的不同，閾值 的大小會(huì)有不同)；若/^_,大于發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率閾值，則使用中繼轉(zhuǎn)發(fā)，否則直接發(fā) 送。上述步驟2)中，根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信用信息以及發(fā)送控制包的信息做出判斷，具體包括21) 首先根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信用擁有量判斷本鄰節(jié)點(diǎn)是否愿意作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)的中繼;22) 其次根據(jù)控制信息包中的目的地址大小、待發(fā)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、待發(fā)數(shù)據(jù)包重要性等級(jí)計(jì)算得到轉(zhuǎn)發(fā)提供的最小功率值Pmm和轉(zhuǎn)發(fā)的花費(fèi)COSt:尸隨=A，AVrS^Q c0" = ^^xi^,ec,其中A^。,。為待發(fā)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，Sw為該鄰居節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬值，《為該鄰居節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的距離，/U^為轉(zhuǎn)發(fā)提供的功率，取值范圍為Pmi。 Pma、(此處最大功率為節(jié)點(diǎn)的723)然后，根據(jù)COSt和P,值判斷是否轉(zhuǎn)發(fā)，若Pmm小于該鄰居節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)送功率尸__并且cost值小于該鄰居節(jié)點(diǎn)當(dāng)前信用擁有量，那么轉(zhuǎn)發(fā)，并且取轉(zhuǎn)發(fā)要價(jià)為zcosr + C^^其中C^,e為該鄰居節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)該次轉(zhuǎn)發(fā)后所能獲得的收益(可正可負(fù))，Cp，《C^-， C^柳為步驟1)中發(fā)送節(jié)點(diǎn)給出的價(jià)格；否則不轉(zhuǎn)發(fā)。如果轉(zhuǎn)發(fā)，那么 該鄰居節(jié)點(diǎn)給發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)提供的功率與最小發(fā)送功率之比77:^^，和轉(zhuǎn)發(fā)要價(jià)C在該過(guò)程中，中繼節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)是關(guān)鍵，若它愿意與發(fā)送節(jié)點(diǎn)形成同盟，那么它會(huì)愿意做發(fā)送節(jié)點(diǎn)的中繼，并開(kāi)出較低的價(jià)格Cp，作為示好；若它不愿意，則可以直接拒絕；另 外，若它覺(jué)得進(jìn)行該次轉(zhuǎn)發(fā)對(duì)以后它和該發(fā)送節(jié)點(diǎn)的關(guān)系沒(méi)有影響，但是可以通過(guò)該次轉(zhuǎn) 發(fā)賺取一定的信用度，那么它可以選擇同意中繼并開(kāi)出一個(gè)較高的價(jià)格Cp^。在這個(gè)過(guò)程 中，價(jià)格的高低將成為一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，因?yàn)檫@影響到它們是否會(huì)形成同盟，以及是否會(huì)形成 穩(wěn)定的同盟。這實(shí)際上是一個(gè)不完全信息的博穽論模型，機(jī)制為最高價(jià)格密封拍賣(mài)出價(jià)。 上述步驟3)中，選擇一個(gè)或一個(gè)以上中繼節(jié)點(diǎn)的具體方法為發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到回饋的中繼響應(yīng)包，根據(jù)各個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的(7， C^)選取^值超過(guò)某個(gè)閾值(該閾值可由每個(gè)節(jié)點(diǎn)自行確定，閾值小則選取的中繼數(shù)目多，能提高接收節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包的質(zhì)量， 但是所耗費(fèi)的信用價(jià)格增大)的一個(gè)或一個(gè)以上鄰居節(jié)點(diǎn)作為中繼。上述步驟6)中，更新本節(jié)點(diǎn)和所有中繼節(jié)點(diǎn)的信用信息的方式如下C;t+i = G + C一e其中C4為第k次通信前該節(jié)點(diǎn)的信用擁有量；Cp^為第k次通信過(guò)程中該節(jié)點(diǎn)為其他 節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)獲得的信用價(jià)格(為正數(shù))或者其他節(jié)點(diǎn)為該節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所消耗的信用價(jià) 格(為負(fù)數(shù))；C^為第k次通信后該節(jié)點(diǎn)的信用擁有量。本實(shí)施方式采用無(wú)線自組網(wǎng)絡(luò)中的基于博穽論的協(xié)同通信方式，如圖1所示。在本實(shí) 施方式中，數(shù)據(jù)包重要性等級(jí)分為4級(jí)，分別為一般普通數(shù)據(jù)包、 一般重要數(shù)據(jù)包、視頻 普通數(shù)據(jù)包和視頻重要數(shù)據(jù)包；信道衰減指數(shù)取值為2;編解碼采用H.264編碼方式，正 確解碼的最低信噪比閾值取值為30dB;中繼響應(yīng)包等待時(shí)間T設(shè)為3秒；每個(gè)節(jié)點(diǎn)選擇 中繼數(shù)目時(shí)的閾值Y設(shè)為相同的10;每個(gè)節(jié)點(diǎn)在初始接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)可分配到的信用擁有量設(shè) 為5000。具體實(shí)施步驟如下1 )發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)將數(shù)據(jù)包直接發(fā)送給接收節(jié)點(diǎn)所需要的功率及該數(shù)據(jù)包的重要性等 級(jí)來(lái)判斷是否需要使用中繼，若否，則直接傳輸；若是，則廣播發(fā)送控制包，在該發(fā)送控 制包中包括接收節(jié)點(diǎn)的地址，待發(fā)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，待發(fā)數(shù)據(jù)包重要性等級(jí)以及發(fā)送節(jié)點(diǎn)預(yù)計(jì) 可以付給轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包的鄰居節(jié)點(diǎn)的價(jià)格(即發(fā)送節(jié)點(diǎn)的預(yù)算)，發(fā)送控制包格式如圖2 所示；計(jì)算直接發(fā)送給接收節(jié)點(diǎn)所需要的功率水平&,:'其中丄，為待發(fā)送包的重要性等級(jí)；W。為信道噪聲功率；^為發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之 間的距離；"為信道衰減指數(shù)；SVi 。為正確解碼的最低信噪比閾值。若尸,,_大于發(fā)送節(jié) 點(diǎn)的發(fā)送功率閾值，則使用中繼轉(zhuǎn)發(fā)，否則直接發(fā)送。2) 鄰居節(jié)點(diǎn)接收到發(fā)送控制包，根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信用信息以及發(fā)送控制包的信息做 出判斷，若愿意作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)的中繼則回饋給發(fā)送節(jié)點(diǎn)一個(gè)中繼響應(yīng)包，該中繼響應(yīng)包中 包括其所能提供的轉(zhuǎn)發(fā)功率等級(jí)以及轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包所開(kāi)出的信用價(jià)格(即轉(zhuǎn)發(fā)要價(jià))；若 不愿意，則可以不予回饋；中繼響應(yīng)包格式如圖3所示；某個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)接收到發(fā)送節(jié)點(diǎn)要求中繼轉(zhuǎn)發(fā)的控制信息包之后，具體判斷方式如下 21 )首先根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信用擁有暈判斷本鄰節(jié)點(diǎn)是否愿意作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)的中繼， 如果為正數(shù)則執(zhí)行下面的判斷，否則不予轉(zhuǎn)發(fā)；22) 其次根據(jù)控制信息包中的目的地址大小、待發(fā)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、待發(fā)數(shù)據(jù)包重要 性等級(jí)計(jì)算得到轉(zhuǎn)發(fā)提供的最小功率值Pmm和轉(zhuǎn)發(fā)的花費(fèi)COSt:尸咖=丄冊(cè) 纖。
cos/ = ,x其中^^為待發(fā)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，6w為該鄰居節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬值，d,為該鄰居節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的距離，i^,，為轉(zhuǎn)發(fā)提供的功率，取值范圍為/^ 尸_ (此處最大功率為節(jié)點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)卡所允許的最大功率值)；23) 然后，根據(jù)COSt和P,值判斷是否轉(zhuǎn)發(fā)，若Pm,n小于該鄰居節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)送功率i^,并且cost值小于該鄰居節(jié)點(diǎn)當(dāng)前信用擁有量，那么轉(zhuǎn)發(fā)，并且取轉(zhuǎn)發(fā)要價(jià)為= cos/ + C,utTC ，其中C, OT為該鄰居節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)該次轉(zhuǎn)發(fā)后所能獲得的收益(可正可負(fù))， C，^CWge,， ^+為步驟1)中發(fā)送節(jié)點(diǎn)給出的價(jià)格；否則不轉(zhuǎn)發(fā)。如果轉(zhuǎn)發(fā)，那么該鄰居節(jié)點(diǎn)給發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)提供的功率與最小發(fā)送功率之比7=，！，J min和轉(zhuǎn)發(fā)要價(jià)Cp，。3) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)在等待時(shí)間T內(nèi)(一定的時(shí)鐘周期，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)擁塞情況調(diào)整)接 收到的周?chē)徆?jié)點(diǎn)回饋的中繼響應(yīng)包，并根據(jù)中繼響應(yīng)包信息和待發(fā)送包的大小、重要性等級(jí)等選擇一個(gè)或一個(gè)以上中繼節(jié)點(diǎn)，向選定的中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包；發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到回饋的中繼響應(yīng)包，根據(jù)各個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的(;;，C^J選取^值超過(guò)〃閾值Y的一個(gè)或一個(gè)以上鄰居節(jié)點(diǎn)作為中繼。4) 中繼節(jié)點(diǎn)按照所述的轉(zhuǎn)發(fā)功率轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；5) 接收節(jié)點(diǎn)接收到來(lái)自中繼的數(shù)據(jù)包后，向發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)目的響應(yīng)包，該目的 響應(yīng)包中包括是否正確接收到該數(shù)據(jù)包以及接收到轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的中繼節(jié)點(diǎn)地址，目的響應(yīng)包 格式如圖4所示；6) 發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到所述目的響應(yīng)包后，若發(fā)送成功，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)向目的響應(yīng)包包含 的所有中繼節(jié)點(diǎn)付給每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)在步驟2)中開(kāi)出的信用價(jià)格并更新本節(jié)點(diǎn)和所有中繼 節(jié)點(diǎn)的信用擁有量，否則，重發(fā)數(shù)據(jù)包。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的信用信息會(huì)在該節(jié)點(diǎn)為其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)或者其他節(jié)點(diǎn)為該節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) 后更新，更新本節(jié)點(diǎn)和所有中繼節(jié)點(diǎn)的信用信息的方式如下4 + 1 4 T Sprite其中C,為第k次通信前該節(jié)點(diǎn)的信用擁有量；Cp^為第k次通信過(guò)程中該節(jié)點(diǎn)為其他 節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)獲得的信用價(jià)格(為正數(shù))或者其他節(jié)點(diǎn)為該節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所消耗的信用價(jià) 格(為負(fù)數(shù))；C,+,為第k次通信后該節(jié)點(diǎn)的信用擁有量。
權(quán)利要求
1、一種在無(wú)線自組網(wǎng)中使用博弈論的協(xié)同通信方法，包括以下步驟1)發(fā)送節(jié)點(diǎn)根據(jù)將數(shù)據(jù)包直接發(fā)送給接收節(jié)點(diǎn)所需要的功率及該數(shù)據(jù)包的重要性等級(jí)來(lái)判斷是否需要使用中繼，若否，則直接傳輸；若是，則廣播發(fā)送控制包，在該發(fā)送控制包中包括接收節(jié)點(diǎn)的地址，待發(fā)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，待發(fā)數(shù)據(jù)包重要性等級(jí)以及發(fā)送節(jié)點(diǎn)預(yù)計(jì)可以付給轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包的鄰居節(jié)點(diǎn)的價(jià)格；2)鄰居節(jié)點(diǎn)接收到發(fā)送控制包，根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信用信息以及發(fā)送控制包的信息做出判斷，若愿意作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)的中繼則回饋給發(fā)送節(jié)點(diǎn)一個(gè)中繼響應(yīng)包，該中繼響應(yīng)包中包括其所能提供的轉(zhuǎn)發(fā)功率以及轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包所開(kāi)出的信用價(jià)格；若不愿意，則可以不予回饋；3)發(fā)送節(jié)點(diǎn)統(tǒng)計(jì)在等待時(shí)間T內(nèi)接收到的周?chē)徆?jié)點(diǎn)回饋的中繼響應(yīng)包，并根據(jù)中繼響應(yīng)包信息和待發(fā)送包的大小、重要性等級(jí)等選擇一個(gè)或一個(gè)以上中繼節(jié)點(diǎn)，向選定的中繼節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包；4)中繼節(jié)點(diǎn)按照所述的轉(zhuǎn)發(fā)功率轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包；5)接收節(jié)點(diǎn)接收到來(lái)自中繼的數(shù)據(jù)包后，向發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)目的響應(yīng)包，該目的響應(yīng)包中包括是否正確接收到該數(shù)據(jù)包以及接收到來(lái)自哪些中繼轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包的信息；6)發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到所述目的響應(yīng)包后，若發(fā)送成功，則發(fā)送節(jié)點(diǎn)向目的響應(yīng)包包含的所有中繼節(jié)點(diǎn)付給每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)在步驟2)中開(kāi)出的信用價(jià)格并更新本節(jié)點(diǎn)和所有中繼節(jié)點(diǎn)的信用擁有量信息(每個(gè)節(jié)點(diǎn)在初始接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)可分配到一定的信用擁有量，具體數(shù)量可以由網(wǎng)絡(luò)管理員來(lái)確定)，否則，重發(fā)數(shù)據(jù)包。
2、如權(quán)利要求l所述方法，其特征在于，所述步驟l)中計(jì)算直接發(fā)送給接收節(jié)點(diǎn)所 需要的功率/^。,為尸一 =丄朋 5備。其中4^為待發(fā)送包的重要性等級(jí)；iV。為信道噪聲功率；^為發(fā)送節(jié)點(diǎn)和接收節(jié)點(diǎn)之 間的距離；"為信道衰減指數(shù)，取值為2 4; SVi 。為正確解碼的最低信噪比閾值；若/^_, 大于發(fā)送節(jié)點(diǎn)的發(fā)送功率閾值，則使用中繼轉(zhuǎn)發(fā)，否則直接發(fā)送。
3、如權(quán)利要求l所述方法，其特征在于，所述步驟2)中根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信用信息以及發(fā)送控制包的信息做出判斷，具體包括21) 首先根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前信用擁有量判斷本鄰節(jié)點(diǎn)是否愿意作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)的中繼;22) 其次根據(jù)控制信息包中的目的地址大小、待發(fā)數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、待發(fā)數(shù)據(jù)包重要性等級(jí)計(jì)算得到轉(zhuǎn)發(fā)提供的最小功率值Pmm和轉(zhuǎn)發(fā)的花費(fèi)COSt: 尸咖=丄冊(cè),0《S層。CO" =其中A^^為待發(fā)數(shù)據(jù)包長(zhǎng)度，Sw為該鄰居節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)帶寬值，《為該鄰居節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的距離，&^。為轉(zhuǎn)發(fā)提供的功率，取值范圍為/U ~尸_23)然后，根據(jù)COSt和Pmin值判斷是否轉(zhuǎn)發(fā)，若Pmm小于該鄰居節(jié)點(diǎn)的最大發(fā)送功率/^^并且COSt值小于該鄰居節(jié)點(diǎn)當(dāng)前信用擁有量，那么轉(zhuǎn)發(fā)，并且取轉(zhuǎn)發(fā)要價(jià)為 Cp_ = CO" + ，其中為該鄰居節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)該次轉(zhuǎn)發(fā)后所能獲得的收益，C, t^Cfe+， Q一為步驟1)中發(fā)送節(jié)點(diǎn)給出的價(jià)格；否則不轉(zhuǎn)發(fā)；如果轉(zhuǎn)發(fā)，另P么該鄰居節(jié)點(diǎn)給發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送兩個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)提供的功率與最小發(fā)送功率之比;7 = ^^，尸mm和轉(zhuǎn)發(fā)要價(jià)cv,a。
4、 如權(quán)利要求3所述方法，其特征在于，所述步驟3)中選擇一個(gè)或一個(gè)以上中繼節(jié) 點(diǎn)的具體方法為發(fā)送節(jié)點(diǎn)接收到回饋的中繼響應(yīng)包，根據(jù)各個(gè)鄰居節(jié)點(diǎn)的(;;，C"J選取Szfl值超過(guò)閾值(該閾值可由每個(gè)節(jié)點(diǎn)自行確定，閾值小則選取的中繼數(shù)目多，能提 〃高接收節(jié)點(diǎn)接收到的數(shù)據(jù)包的質(zhì)量，但是所耗費(fèi)的信用價(jià)格增大)的一個(gè)或一個(gè)以上鄰居 節(jié)點(diǎn)作為中繼。
5、 如權(quán)利要求l所述方法，其特征在于，所述步驟6)中更新本節(jié)點(diǎn)和所有中繼節(jié)點(diǎn)的信用擁有量信息的方式如下其中為第k次通信前該節(jié)點(diǎn)的信用擁有量；C^。為第k次通信過(guò)程中該節(jié)點(diǎn)為其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)獲得的信用價(jià)格(為正數(shù))或者其他節(jié)點(diǎn)為該節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所消耗的信用價(jià) 格(為負(fù)數(shù))；G+,為第k次通信后該節(jié)點(diǎn)的信用擁有量。
全文摘要
本發(fā)明屬于無(wú)線自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種在無(wú)線自組網(wǎng)中使用博弈論的協(xié)同通信方法。本發(fā)明通過(guò)發(fā)送節(jié)點(diǎn)與中繼的一次博弈行為對(duì)數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量和節(jié)點(diǎn)能量消耗進(jìn)行優(yōu)化。在優(yōu)化過(guò)程中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過(guò)將待發(fā)數(shù)據(jù)包的相關(guān)信息給中繼，中繼根據(jù)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信用度和待發(fā)數(shù)據(jù)包的信息來(lái)決定是否給發(fā)送節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)數(shù)據(jù)包。通過(guò)博弈的過(guò)程使得發(fā)送節(jié)點(diǎn)能得到更多的中繼轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，從而提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，也使得中繼節(jié)點(diǎn)不至于消耗太多的能量在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)上。這種通信方式還可以避免網(wǎng)絡(luò)中“純自私”節(jié)點(diǎn)的只索取不貢獻(xiàn)行為以及“純無(wú)私”節(jié)點(diǎn)的純貢獻(xiàn)的弊端。
文檔編號(hào)H04L12/16GK101296190SQ20081011569
公開(kāi)日2008年10月29日 申請(qǐng)日期2008年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月27日
發(fā)明者劉曉東, 戴瓊海, 肖紅江, 政 黎 申請(qǐng)人:清華大學(xué)