專利名稱：移動自組織網(wǎng)絡(luò)中基于信任模型的協(xié)作通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于全局信任度和安全推薦信任度信任模型的節(jié)點協(xié)作通信方法， 屬于移動自組織網(wǎng)的協(xié)作通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
協(xié)作已經(jīng)社會科學(xué)和生物科學(xué)領(lǐng)域、數(shù)學(xué)領(lǐng)域成為了一門學(xué)科。在協(xié)作中最根本 的發(fā)現(xiàn)是即使利己主義者也會在情況需要時支持協(xié)作。在信息系統(tǒng)領(lǐng)域，一些協(xié)作的顯著 例證已經(jīng)出現(xiàn)。比如開源軟件的成功，上千人協(xié)作創(chuàng)建了諸如Linux系統(tǒng)。此外，基于反饋 系統(tǒng)的eBay網(wǎng)站通過驗證相互間協(xié)作所積累的信譽值，使得陌生人相互信任。而如今，無線網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在也提供了另一個研究協(xié)作的領(lǐng)域。無線網(wǎng)絡(luò)的形成很大程 度上要看是否能給“理性”的個體提供一個構(gòu)架，通過合適的激勵使其協(xié)同工作。協(xié)作技術(shù) 可以應(yīng)用于某個通信網(wǎng)絡(luò)的不同層，也可應(yīng)用于不同的通信網(wǎng)絡(luò)。協(xié)作技術(shù)的首要前提就 是通過協(xié)作，所有參與協(xié)作通信的參與者都能獲得利益。在無線AdHoc網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點都 具有路由器的功能負責(zé)發(fā)現(xiàn)和維護到其他節(jié)點的路由，并向鄰居節(jié)點發(fā)送或轉(zhuǎn)發(fā)分組。而 節(jié)點是理性的，它們的行為嚴格地由自己的利益決定，自私節(jié)點會為了節(jié)省自己的電池容 量，帶寬和處理功耗等原因拒絕轉(zhuǎn)發(fā)。由于節(jié)點的自私行為會大大地降低網(wǎng)絡(luò)的性能，因此 有效的節(jié)點的協(xié)作激勵在協(xié)作通信中已成為熱點問題。自私節(jié)點并不想破壞網(wǎng)絡(luò)，但其拒 絕服務(wù)的行為使得無線網(wǎng)絡(luò)成為一個不實用的多跳路由網(wǎng)絡(luò)，所有的節(jié)點都會離開。因此 需要一個理想的激勵策略來激勵節(jié)點之間的協(xié)作。在社會網(wǎng)絡(luò)中，信任關(guān)系是人際關(guān)系的核心，個體間的信任度往往取決于其他個 體的推薦，同時，作為推薦者的可信度也決定其推薦個體的可信度。實際上，這種互相依賴 的信任關(guān)系組成了一個所謂的信任網(wǎng)絡(luò)(Web of trust)。在這樣的信任網(wǎng)絡(luò)中，任何個體 的可信度都不是絕對可靠的，但可以作為其他個體決定其交互行為的依據(jù)。基于信任網(wǎng)絡(luò) 的Ad Hoc與人際網(wǎng)絡(luò)有很大的相似性，這表現(xiàn)在(1)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點在與其他節(jié)點的交互 中會留下零星的“信用”信息；(2)節(jié)點對于交互對象具有充分的選擇權(quán)；(3)節(jié)點有義務(wù)為 網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點提供推薦信息。因此，這為借鑒社會學(xué)研究的某些結(jié)論提供了可能。目前國內(nèi)外大多數(shù)激勵機制，比如CONFIDANT模型等都沒有節(jié)點救贖機制，而救 贖機制對于被孤立的節(jié)點來說是及其重要的，因為或許此節(jié)點的惡意行為是因為其他非惡 意因素(比如電池電量耗盡、鏈路故障等)造成的。此外，很多信任模型，比如eigenR印模 型等沒有解決虛假推薦以及迭代收斂的問題，同時模型都利用節(jié)點間交互成功次數(shù)與總交 互數(shù)的比值作為個體的信任度估計，我們認為，該定義的合理性值得商榷，因為節(jié)點會因為 其它因素而交互失敗。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明將針對上面所述的四個問題，即⑴虛假推薦問題；⑵懲罰救 贖問題；(3)迭代收斂問題；(4)信任度估計合理性問題，提供一種移動自組織網(wǎng)絡(luò)中基于信任模型的協(xié)作通信方法，建立依據(jù)全局信任度和安全的推薦信任度的信任模型，利用信 任衰退的懲罰機制和節(jié)點救贖機制，在無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下激勵節(jié)點的協(xié)作。技術(shù)方案模型定義定義1.在一個無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)N中，節(jié)點僅在二維空間運動，有給定的能量范圍 (即傳輸范圍)，若有兩個節(jié)點在相互的傳輸范圍內(nèi)，它們就互為可監(jiān)控節(jié)點，即鄰居節(jié)點。 由于此信任模型的信任度量依據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量統(tǒng)計，而非交互成功次數(shù)，這里首先給出被監(jiān)控 節(jié)點Ni的流量統(tǒng)計參數(shù)的定義。

δ (*，i)進入Ni的數(shù)據(jù)包數(shù)目； S (i，*)離開Ni的數(shù)據(jù)包數(shù)目；
δ ([i], *) =Ni為源節(jié)點時離開Ni的數(shù)據(jù)包數(shù)目，即數(shù)據(jù)包為Ni所發(fā)； δ (*，[i]) =Ni為目的節(jié)點時進入Ni的數(shù)據(jù)包數(shù)目，即Ni需要此數(shù)據(jù)包。 定義2.設(shè)Riij為Ni對Nj的推薦信任度(Recommendation Trust)，其為
Rij=H s'j^D-s'an,
⑴” ^[S'imJ^S'imAm
m其中m為與Nj進行過轉(zhuǎn)發(fā)行為的節(jié)點Nm。如果δ ^j, δ υ < 0，或
權(quán)利要求
一種移動自組織網(wǎng)絡(luò)中基于信任模型的協(xié)作通信方法，其特征在于在移動自組織網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點利用直接監(jiān)控和其它節(jié)點的監(jiān)控信息的綜合評價來確定是否允許被監(jiān)控節(jié)點參與協(xié)作，并對惡意節(jié)點設(shè)立重建機制，使其重新加入網(wǎng)絡(luò)，與其他節(jié)點建立連接；基于大部分信任模型的虛假推薦、迭代收斂和懲罰救贖問題，建立依據(jù)全局信任度和安全的推薦信任度信任模型，提出基于拓撲變換的推薦信任度計算方法，信任模型所描述的信任度變化過程，利用更新階段的懲罰機制和重建階段的救贖機制，在移動自組織網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下激勵節(jié)點的協(xié)作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動自組織網(wǎng)絡(luò)中基于信任模型的協(xié)作通信方法，其特征在 于所述的依據(jù)全局信任度和安全的推薦信任度信任模型，節(jié)點Ni的全局信任度表示節(jié)點在 網(wǎng)絡(luò)中的總信任度，具體定義為G ,= Z (Rm, i X Gm)m其中，Gm是節(jié)點Nm的全局信任度，Rffl, i為Nm對Ni的推薦信任度，對于任意節(jié)點Ni對Nj 的推薦信任度Ry，具體定義為R,,尸α δ'υ,η-δ'αη,,)S'(m,[j])]m其中，m為與Nj進行過轉(zhuǎn)發(fā)行為的節(jié)點Nm。δ (*，i)為進入Ni的數(shù)據(jù)包數(shù)目；δ (i，*) 為離開Ni的數(shù)據(jù)包數(shù)目；δ ([i]，*)為Ni為源節(jié)點時離開Ni的數(shù)據(jù)包數(shù)目，即數(shù)據(jù)包為Ni 所發(fā)；S(*，[i])為隊為目的節(jié)點時進入Ni的數(shù)據(jù)包數(shù)目，即Ni需要此數(shù)據(jù)包。a為信任 度衰退參數(shù)，a的設(shè)置體現(xiàn)了對不協(xié)作節(jié)點的懲罰，采用指數(shù)型衰減，a的具體定義為λ-C Δ ta =人 * a * e其中，C是衰減因子，λ是常量，At為兩次協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)之間的時間間隔，即空閑時間；由于全局信任度評價算法的收斂性，避免了以往的全局信任度模型中的全網(wǎng)無限迭代 問題。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動自組織網(wǎng)絡(luò)中基于信任模型的協(xié)作通信方法，其特征在 于信任模型所描述的信任度變化過程先經(jīng)歷初始化階段，后經(jīng)歷信任值更新階段；在初始化階段當(dāng)有新節(jié)點加入某個已經(jīng)存在的網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點沒有任何 關(guān)于此節(jié)點的流量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的歷史記錄，其傳輸范圍內(nèi)的鄰居節(jié)點也就沒有關(guān)于此新節(jié)點 的任何信任度信息，如果有新節(jié)點 加入網(wǎng)絡(luò)進入Ni的傳輸范圍，成為Ni的鄰居節(jié)點，其 全局信任度GJ武值為中間值，Ni開始對 進行監(jiān)視，對其流量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計；如果 不是 惡意節(jié)點，那么經(jīng)過多次的協(xié)作后，Nj的全局信任度很快能達到高端值；隨著Ni對Nj的推 薦信任度Ri, j的提高，Gj能達到最高值附近；只要 不離開Ni的傳輸范圍，一直保持Ni的 鄰居節(jié)點狀態(tài)，那么Ni對 的監(jiān)視和推薦信任度計算一直在執(zhí)行，如果 無惡意行為，那 么G^會一直保持在最高值附近；在信任值更新階段當(dāng) 在、與t2之間協(xié)作行為降低或沒有任何協(xié)作行為，那么在 Δ t = Vt1內(nèi)，計算Rm的權(quán)值參數(shù)a就會衰減，從而Gj也會隨之衰減，表現(xiàn)為對非協(xié)作節(jié) 點的懲罰；如果到t2時，Gj衰減到高端值Th以上，那么G^ = Th ；如果衰減到Th以下的某個 值1(其中IY ^ TxS Tm)，那么Gj = Tx，這里設(shè)置不同的懲罰信任值是為了加重對節(jié)點初始 非協(xié)作行為的懲罰；當(dāng) 重新進行協(xié)作，其G^并不是從中間值Tm處，而是從Th或Tx處賦值并上升；如果衰減到Tm以下，則被認作惡意節(jié)點；如果Gj低于TM，那么Gj不會被選作轉(zhuǎn)發(fā)節(jié) 點，也無法發(fā)送數(shù)據(jù)包。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動自組織網(wǎng)絡(luò)中基于信任模型的協(xié)作通信方法，其特征在 于信任模型所描述的信任度變化過程還經(jīng)歷節(jié)點救贖階段；在救贖階段一些節(jié)點會因為電池耗盡、鏈路中斷等原因拒絕轉(zhuǎn)發(fā)而被認作為惡意節(jié) 點，因此對于此類節(jié)點，需要重建機制使其重新獲得其它節(jié)點的信任；而對于的確存在惡意 行為的節(jié)點，這種重建機制也可使其有機會改過自新；通過設(shè)置救贖速率，避免了惡意節(jié) 點迅速重新加入網(wǎng)絡(luò)，重建機制的具體描述為全局信任度在低信任值域中的節(jié)點無法發(fā) 送數(shù)據(jù)包，也不會被選作轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點參與協(xié)作提升其全局信任度，因此需要對其全局信任度 周期性的增加，使其達到TM，這樣就完成了對節(jié)點全局信任度的重建過程，這里的重建函數(shù) T’ ^-(Ty ^ T' i,」彡Tm)可以定義為ri,r\Tγ,…3 {0<TY <TL)[Τγ + k-(t ~ t3), t > t3其中Ty為 在t3時的信任度。k為遞增斜率，其大小決定全局信任度重建過程的速 度，即救贖速率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的移動自組織網(wǎng)絡(luò)中基于信任模型的協(xié)作通信方法，其特征在 于所述的基于拓撲變換的推薦信任度計算方法利用信任傳遞規(guī)則和信任度換算方法，具體 步驟如下1)確定拓撲圖中每個中間節(jié)點Nx的入度Xin和出度Xout；2)對于拓撲中除去到達目的節(jié)點 的所有路徑，刪除推薦信任度Rxl,x2 < Th的路徑；3)如果對于所有Nx，有Xin= Xout = 1，已為并行拓撲；4)對于每個在源節(jié)點Ni和最后一個中間節(jié)點Np1之間的Nx，如果其入度Xin>1或出 度Xout > 1，則通過復(fù)制多個Nx構(gòu)建Ni與Nf1之間的并行拓撲；5)統(tǒng)計到達Nf1之前的最后一個中間節(jié)點數(shù)目Nttrtal，即統(tǒng)計并行路徑數(shù)，對每條路徑，Pjzf [1/ Ntoiai χ cons]用Pcons作為信任度換算比率，其中[]為取整號，(30118是常量，取固定值10，100，1000...，與網(wǎng) 絡(luò)規(guī)模有關(guān)；6)利用信任傳遞規(guī)則計算Riij，可知 =1-口(1-4))其中f為并行拓撲路徑數(shù)，X為其中一條路徑的中間節(jié)點集合，為此路徑的總推薦 信任度，艮PHxRx x X…XRx ,.)其中Ru1 Rxl,χ2· · · Rxj-Uj為在傳輸范圍內(nèi)的兩節(jié)點的推薦信任度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的移動自組織網(wǎng)絡(luò)中基于信任模型的協(xié)作通信方法，其特征在 于所述的信任傳遞規(guī)則包括信任度折扣與增強；如果Ni與 相互之間不是鄰居節(jié)點，Nx分 別是Ni和 的鄰居節(jié)點，信任度通過一條路徑傳遞要有所折扣；即，若Ni對Nx的推薦信任度為P，Nx對 的推薦信任度為q，那么Ni對 的總推薦信任度就為pq，以此類推；而如果 信任度從不同的路徑傳遞，那么信任度就會增強；假設(shè)隊對 的推薦信任度分為兩條路徑， 分別為P和q，那么Ni對Nj的總推薦信任度為l-(l-p) (Ι-q)，以此類推。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的移動自組織網(wǎng)絡(luò)中基于信任模型的協(xié)作通信方法，其特征在 于所述的信任度換算方法是對Ri, j計算進行改進，從而減輕虛假推薦對信任度準(zhǔn)確性造成 的惡意影響，基于拓撲變換的信任度換算方法為假設(shè)在某網(wǎng)絡(luò)中計算Ni對 的信任度，要同時考 慮經(jīng)由不同路徑的多條路由。因此，通過引入一個信任度換算比率《κ ^<υ，將節(jié)點Nx復(fù)制為 兩個，這樣原拓撲就轉(zhuǎn)換為并行拓撲。最后Ni對 的總推薦信任度就可以按照信任傳遞規(guī) 則的方法計算。
全文摘要
一種移動自組織網(wǎng)絡(luò)中基于信任模型的協(xié)作通信方法，建立依據(jù)全局信任度和安全的推薦信任度的信任模型，利用信任衰退的懲罰機制和節(jié)點救贖機制，在無線Ad Hoc網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下激勵節(jié)點的協(xié)作。在移動自組織網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點利用直接監(jiān)控和其它節(jié)點的監(jiān)控信息的綜合評價來確定是否允許被監(jiān)控節(jié)點參與協(xié)作，并對惡意節(jié)點設(shè)立重建機制，使其重新加入網(wǎng)絡(luò)，與其他節(jié)點建立連接；基于大部分信任模型的虛假推薦、迭代收斂和懲罰救贖問題，建立依據(jù)全局信任度和安全的推薦信任度信任模型，提出基于拓撲變換的推薦信任度計算方法，信任模型所描述的信任度變化過程，利用更新階段的懲罰機制和重建階段的救贖機制，在移動自組織網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下激勵節(jié)點的協(xié)作。
文檔編號H04W84/18GK101969647SQ20101027895
公開日2011年2月9日 申請日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者吳蒙, 沈蘇彬, 王堃 申請人:南京郵電大學(xué)