一種基于貝葉斯信任模型的網(wǎng)絡(luò)端到端延遲優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在兩跳單副本移動自組網(wǎng)絡(luò)中通過貝葉 斯信任模型來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)端到端延遲的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，無線移動通信和移動終端設(shè)備高速發(fā)展，移動自組網(wǎng)（Mobile Ad hoc Networks,簡稱MANETs)作為一種無中必自組織網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)在災(zāi)后救援通信、網(wǎng)絡(luò)語音通 話、流媒體視頻等小范圍臨時性組網(wǎng)環(huán)境中廣泛應(yīng)用。實(shí)施移動自組網(wǎng)的目標(biāo)之一就是在 盡可能短的時間內(nèi)提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)通信服務(wù)，而且移動自組網(wǎng)絡(luò)所服務(wù)的用戶對于網(wǎng)絡(luò) 延遲時間的要求通常極為嚴(yán)苛。
[0003] 在傳統(tǒng)移動自組網(wǎng)絡(luò)中，由于節(jié)點(diǎn)是隨機(jī)的移動而且隨機(jī)的選擇是否和鄰居節(jié)點(diǎn) 合作，送就造成數(shù)據(jù)資源的浪費(fèi)，增加無關(guān)的延遲。理性的選擇中繼節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)會對網(wǎng) 絡(luò)延遲產(chǎn)生良好的影響，送就需要對中繼節(jié)點(diǎn)的選擇做出科學(xué)的判斷。貝葉斯概率估計模 型是一種基于概率分布的信任模型，在記錄信任評估結(jié)果時，采用二項(xiàng)事件的后驗(yàn)概率服 從beta分布。貝葉斯概率估計模型巧妙的結(jié)合了先驗(yàn)知識，能對調(diào)查結(jié)果的可能性加 W數(shù) 量化的評價，為信任度的計算提供了一種理論基礎(chǔ)。相比傳統(tǒng)的概率估計模型，貝葉斯評估 模型中的信任可W從不同的方面得到反映，具有一定的靈活性和針對性，可W使決策更加 科學(xué)。2013年Marcin Seredynski給出了一種MNETs中的基于信任的合作制裁方案，其 中利用貝葉斯方法來對節(jié)點(diǎn)的信任值進(jìn)行評估（Seredynski M, Aggoune R, Szczypiorski K, Khadraoui D, "Performance Evaluation of Trust-Based Collaborative Sanctioning in MNETs. "Trust，Security 過nd Privacy in Computing 過nd Communic過tions (TrustCom ),201312th IE邸 International Conference on. IE邸，2013.)，使網(wǎng)絡(luò)的吞吐量性能得到 很好的提升。但是這篇文章沒有對網(wǎng)絡(luò)的端到端延遲性能進(jìn)行研究。在基于信任的移動自 組網(wǎng)模型中引入信任關(guān)值，調(diào)控網(wǎng)絡(luò)中的信任關(guān)值可W達(dá)到控制網(wǎng)絡(luò)端到端延遲的效果。
[0004] 目前先后有許多研究者在不同的常見網(wǎng)絡(luò)模型和移動模型下對網(wǎng)絡(luò)的時延性能 進(jìn)行分析研究，主要有漸近式理論分析方案和封閉式理論分析方案。漸近式理論分析方案 是在宏觀上描述延遲時間在極限附近的變化行為的方法，往往是通過計算方法來求取近似 解。但是在實(shí)際應(yīng)用中，研究者更希望能看到確切的延遲描述方法。封閉式理論分析方案 是用有限的運(yùn)算符號來對問題進(jìn)行數(shù)學(xué)形式的表示，能夠給出一種封閉的數(shù)學(xué)結(jié)果。而送 種封閉的數(shù)學(xué)結(jié)果對于指導(dǎo)設(shè)計決策更加有意義。另外，在現(xiàn)有封閉式理論分析方案中，大 部分主要局限于按序接收，即目的節(jié)點(diǎn)嚴(yán)格按照發(fā)送順序接收的傳輸方式。然而，送種接 收方式會產(chǎn)生對大量接收機(jī)會的浪費(fèi)，難W靈活的控制延遲，限制了移動自組網(wǎng)在具有嚴(yán) 格時延或速度要求的即時通信環(huán)境中的應(yīng)用。相比按序接收方式，無序接收方式更能夠充 分利用每一個接收機(jī)會，提高傳輸數(shù)據(jù)的成功率。王曉菲等給出了一種在隨機(jī)移動模型下 移動自組網(wǎng)無序傳輸端到端延遲的閉解分析（王曉菲，蔡英，李卓.隨機(jī)移動模型下移 動自組網(wǎng)無序傳輸端到端延遲閉解分析[J].電子與信息學(xué)報，ISTIC EI PKU 2014,（1). DOI: 10. 3724/SP. J. 1146. 2013. 00155.)。送種方法綜合分析了媒介競爭、流量競爭、排隊延 遲等問題，合理劃分并且對各延遲關(guān)鍵時間段給出了精確分析，給出了端到端延遲的嚴(yán)格 的封閉形式理論上界。但是，送個方法忽略了節(jié)點(diǎn)之間信任關(guān)系對端到端延遲的影響。信 任是依賴其它節(jié)點(diǎn)的一種意愿，信任模型就是解決整個網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間得到合理信任值的 問題。通常的信任模型都是通過量化節(jié)點(diǎn)的行為并且計算節(jié)點(diǎn)的信任度來評估節(jié)點(diǎn)之間的 信任關(guān)系的。引入信任模型可W在節(jié)點(diǎn)之間獲取信任值的基礎(chǔ)上建立一定的信任關(guān)系，在 節(jié)點(diǎn)相遇時更加理性的選擇中繼節(jié)點(diǎn)，從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)端到端延遲、提高數(shù)據(jù)傳輸效率 的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種在兩跳移動自組網(wǎng)絡(luò)路由中選擇可信任中繼節(jié)點(diǎn)時， 通過貝葉斯信任模型來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)端到端延遲的方法。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0007] -種基于貝葉斯信任模型的網(wǎng)絡(luò)端到端延遲優(yōu)化方法，包括W下步驟：
[0008] 步驟（1);在任意初始時刻，初始化移動自組網(wǎng)的單位平方網(wǎng)絡(luò)場景、傳輸數(shù)據(jù)流 W及傳輸調(diào)度模型；
[0009] 步驟（2);對網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)行為進(jìn)行監(jiān)控，收集、統(tǒng)計在T時刻所有 節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的成功次數(shù)和失敗次數(shù)，計算得到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的成功和失敗的 平均次數(shù)；
[0010] 步驟（3);根據(jù)步驟似中的數(shù)據(jù)，利用貝葉斯方法評估在T+1時刻網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中所 有節(jié)點(diǎn)的信任度W及環(huán)境信任度；
[0011] 步驟（4);引入信任闊值，通過對兩跳移動自組網(wǎng)的基于貝葉斯信任模型的網(wǎng)絡(luò) 端到端延遲上界的封閉式理論分析，得到最優(yōu)理論端到端延遲上界W及對應(yīng)的信任闊值； [001引步驟（5);將步驟（4)中得到的信任闊值引入到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，對相遇的非目的節(jié)點(diǎn) 進(jìn)行信任評估，做出是否選擇相遇節(jié)點(diǎn)作為中繼節(jié)點(diǎn)的決策。
[0013] 進(jìn)一步，在步驟（1)中在任意初始時刻，將移動自組網(wǎng)的單位平方網(wǎng)絡(luò)范圍劃分 為m*m個小區(qū)，隨機(jī)安排n個自由移動的節(jié)點(diǎn)；設(shè)定一種基于時隙并且快速移動的網(wǎng)絡(luò)場 景，忽略移動模型復(fù)雜的邊界效應(yīng)，并規(guī)定每個節(jié)點(diǎn)在任一時隙持續(xù)期間僅歸屬于唯一的 一個小區(qū)，每個時隙能夠成功傳輸?shù)淖畲蟊忍財?shù)固定為一個數(shù)據(jù)包；在任何時隙，至多允許 節(jié)點(diǎn)在相遇時完成一次轉(zhuǎn)發(fā)和一次接受，W及為某一數(shù)據(jù)分組提供的一次副本轉(zhuǎn)發(fā)；每個 源節(jié)點(diǎn)生成包的速率為A ;在任何時隙，位于某一個小區(qū)里的節(jié)點(diǎn)只能夠向位于同一小區(qū) 的鄰居節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)包，即網(wǎng)絡(luò)通信范圍r可W近似取值為ii;任意兩個水平距離且垂直 m. 距離均為a整數(shù)倍的小區(qū)屬于相同傳輸組，a的取值滿足：
[0014]
[0015] 其中A為防止干擾而引入的保護(hù)因子，每個傳輸組每隔a 2個時隙獲得一次傳輸 機(jī)會。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，源節(jié)點(diǎn)用S表示，中繼節(jié)點(diǎn)用R表示，目的節(jié)點(diǎn)用D表示。數(shù)據(jù)包從 S直接或間接的發(fā)送到D。
[0016] 再進(jìn)一步，在步驟（2)中采用Watchdog和化t虹ater對網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù) 據(jù)行為進(jìn)行監(jiān)控；收集、統(tǒng)計在T時刻轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的成功次數(shù){曰1，曰2,…，曰1，…，a。}和失敗次 數(shù)也A,…，bi，…，b。};計算得到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的成功次數(shù)的平均值
和失敗次數(shù)的平均值
[0017] 更進(jìn)一步，步驟（3)中評估T+1時刻網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中所有節(jié)點(diǎn)的信任度W及環(huán)境信任 度的具體方法是：假設(shè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中T時刻節(jié)點(diǎn)i (i E n)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的成功概率為Pi,節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn) 發(fā)數(shù)據(jù)的成功次數(shù)曰1和失敗次數(shù)bi均可W看成隨機(jī)變量，并且服從概率近似為Pi的二項(xiàng) 事件；利用二項(xiàng)事件后驗(yàn)概率分布服從Beta分布的特性，利用Pi獲得T+1時刻節(jié)點(diǎn)i轉(zhuǎn)發(fā) 數(shù)據(jù)的成功概率Pi'