专利名称：移动自组织网络中基于信任模型的协作通信方法
技术领域：
本发明是一种基于全局信任度和安全推荐信任度信任模型的节点协作通信方法， 属于移动自组织网的协作通信技术领域。
背景技术：
协作已经社会科学和生物科学领域、数学领域成为了一门学科。在协作中最根本 的发现是即使利己主义者也会在情况需要时支持协作。在信息系统领域，一些协作的显著 例证已经出现。比如开源软件的成功，上千人协作创建了诸如Linux系统。此外，基于反馈 系统的eBay网站通过验证相互间协作所积累的信誉值，使得陌生人相互信任。而如今，无线网络现在也提供了另一个研究协作的领域。无线网络的形成很大程 度上要看是否能给“理性”的个体提供一个构架，通过合适的激励使其协同工作。协作技术 可以应用于某个通信网络的不同层，也可应用于不同的通信网络。协作技术的首要前提就 是通过协作，所有参与协作通信的参与者都能获得利益。在无线AdHoc网络中，所有节点都 具有路由器的功能负责发现和维护到其他节点的路由，并向邻居节点发送或转发分组。而 节点是理性的，它们的行为严格地由自己的利益决定，自私节点会为了节省自己的电池容 量，带宽和处理功耗等原因拒绝转发。由于节点的自私行为会大大地降低网络的性能，因此 有效的节点的协作激励在协作通信中已成为热点问题。自私节点并不想破坏网络，但其拒 绝服务的行为使得无线网络成为一个不实用的多跳路由网络，所有的节点都会离开。因此 需要一个理想的激励策略来激励节点之间的协作。在社会网络中，信任关系是人际关系的核心，个体间的信任度往往取决于其他个 体的推荐，同时，作为推荐者的可信度也决定其推荐个体的可信度。实际上，这种互相依赖 的信任关系组成了一个所谓的信任网络(Web of trust)。在这样的信任网络中，任何个体 的可信度都不是绝对可靠的，但可以作为其他个体决定其交互行为的依据。基于信任网络 的Ad Hoc与人际网络有很大的相似性，这表现在(1)网络中的节点在与其他节点的交互 中会留下零星的“信用”信息；(2)节点对于交互对象具有充分的选择权；(3)节点有义务为 网络中的其他节点提供推荐信息。因此，这为借鉴社会学研究的某些结论提供了可能。目前国内外大多数激励机制，比如CONFIDANT模型等都没有节点救赎机制，而救 赎机制对于被孤立的节点来说是及其重要的，因为或许此节点的恶意行为是因为其他非恶 意因素(比如电池电量耗尽、链路故障等)造成的。此外，很多信任模型，比如eigenR印模 型等没有解决虚假推荐以及迭代收敛的问题，同时模型都利用节点间交互成功次数与总交 互数的比值作为个体的信任度估计，我们认为，该定义的合理性值得商榷，因为节点会因为 其它因素而交互失败。
发明内容
技术问题本发明将针对上面所述的四个问题，即⑴虚假推荐问题；⑵惩罚救 赎问题；(3)迭代收敛问题；(4)信任度估计合理性问题，提供一种移动自组织网络中基于信任模型的协作通信方法，建立依据全局信任度和安全的推荐信任度的信任模型，利用信 任衰退的惩罚机制和节点救赎机制，在无线Ad Hoc网络环境下激励节点的协作。技术方案模型定义定义1.在一个无线Ad Hoc网络N中，节点仅在二维空间运动，有给定的能量范围 (即传输范围)，若有两个节点在相互的传输范围内，它们就互为可监控节点，即邻居节点。 由于此信任模型的信任度量依据网络流量统计，而非交互成功次数，这里首先给出被监控 节点Ni的流量统计参数的定义。
δ (*，i)进入Ni的数据包数目； S (i，*)离开Ni的数据包数目；
δ ([i], *) =Ni为源节点时离开Ni的数据包数目，即数据包为Ni所发； δ (*，[i]) =Ni为目的节点时进入Ni的数据包数目，即Ni需要此数据包。 定义2.设Riij为Ni对Nj的推荐信任度(Recommendation Trust)，其为
Rij=H s'j^D-s'an,
⑴” ^[S'imJ^S'imAm
m其中m为与Nj进行过转发行为的节点Nm。如果δ ^j, δ υ < 0，或
权利要求
一种移动自组织网络中基于信任模型的协作通信方法，其特征在于在移动自组织网络中，节点利用直接监控和其它节点的监控信息的综合评价来确定是否允许被监控节点参与协作，并对恶意节点设立重建机制，使其重新加入网络，与其他节点建立连接；基于大部分信任模型的虚假推荐、迭代收敛和惩罚救赎问题，建立依据全局信任度和安全的推荐信任度信任模型，提出基于拓扑变换的推荐信任度计算方法，信任模型所描述的信任度变化过程，利用更新阶段的惩罚机制和重建阶段的救赎机制，在移动自组织网络环境下激励节点的协作。
2.根据权利要求1所述的移动自组织网络中基于信任模型的协作通信方法，其特征在 于所述的依据全局信任度和安全的推荐信任度信任模型，节点Ni的全局信任度表示节点在 网络中的总信任度，具体定义为G ,= Z (Rm, i X Gm)m其中，Gm是节点Nm的全局信任度，Rffl, i为Nm对Ni的推荐信任度，对于任意节点Ni对Nj 的推荐信任度Ry，具体定义为R,,尸α δ'υ,η-δ'αη,,)S'(m,[j])]m其中，m为与Nj进行过转发行为的节点Nm。δ (*，i)为进入Ni的数据包数目；δ (i，*) 为离开Ni的数据包数目；δ ([i]，*)为Ni为源节点时离开Ni的数据包数目，即数据包为Ni 所发；S(*，[i])为队为目的节点时进入Ni的数据包数目，即Ni需要此数据包。a为信任 度衰退参数，a的设置体现了对不协作节点的惩罚，采用指数型衰减，a的具体定义为λ-C Δ ta =人 * a * e其中，C是衰减因子，λ是常量，At为两次协作转发之间的时间间隔，即空闲时间；由于全局信任度评价算法的收敛性，避免了以往的全局信任度模型中的全网无限迭代 问题。
3.根据权利要求1所述的移动自组织网络中基于信任模型的协作通信方法，其特征在 于信任模型所描述的信任度变化过程先经历初始化阶段，后经历信任值更新阶段；在初始化阶段当有新节点加入某个已经存在的网络时，网络中的其它节点没有任何 关于此节点的流量统计数据的历史记录，其传输范围内的邻居节点也就没有关于此新节点 的任何信任度信息，如果有新节点 加入网络进入Ni的传输范围，成为Ni的邻居节点，其 全局信任度GJ武值为中间值，Ni开始对 进行监视，对其流量数据进行统计；如果 不是 恶意节点，那么经过多次的协作后，Nj的全局信任度很快能达到高端值；随着Ni对Nj的推 荐信任度Ri, j的提高，Gj能达到最高值附近；只要 不离开Ni的传输范围，一直保持Ni的 邻居节点状态，那么Ni对 的监视和推荐信任度计算一直在执行，如果 无恶意行为，那 么G^会一直保持在最高值附近；在信任值更新阶段当 在、与t2之间协作行为降低或没有任何协作行为，那么在 Δ t = Vt1内，计算Rm的权值参数a就会衰减，从而Gj也会随之衰减，表现为对非协作节 点的惩罚；如果到t2时，Gj衰减到高端值Th以上，那么G^ = Th ；如果衰减到Th以下的某个 值1(其中IY ^ TxS Tm)，那么Gj = Tx，这里设置不同的惩罚信任值是为了加重对节点初始 非协作行为的惩罚；当 重新进行协作，其G^并不是从中间值Tm处，而是从Th或Tx处赋值并上升；如果衰减到Tm以下，则被认作恶意节点；如果Gj低于TM，那么Gj不会被选作转发节 点，也无法发送数据包。
4.根据权利要求1所述的移动自组织网络中基于信任模型的协作通信方法，其特征在 于信任模型所描述的信任度变化过程还经历节点救赎阶段；在救赎阶段一些节点会因为电池耗尽、链路中断等原因拒绝转发而被认作为恶意节 点，因此对于此类节点，需要重建机制使其重新获得其它节点的信任；而对于的确存在恶意 行为的节点，这种重建机制也可使其有机会改过自新；通过设置救赎速率，避免了恶意节 点迅速重新加入网络，重建机制的具体描述为全局信任度在低信任值域中的节点无法发 送数据包，也不会被选作转发节点参与协作提升其全局信任度，因此需要对其全局信任度 周期性的增加，使其达到TM，这样就完成了对节点全局信任度的重建过程，这里的重建函数 T’ ^-(Ty ^ T' i,」彡Tm)可以定义为ri,r\Tγ,…3 {0<TY <TL)[Τγ + k-(t ~ t3), t > t3其中Ty为 在t3时的信任度。k为递增斜率，其大小决定全局信任度重建过程的速 度，即救赎速率。
5.根据权利要求1所述的移动自组织网络中基于信任模型的协作通信方法，其特征在 于所述的基于拓扑变换的推荐信任度计算方法利用信任传递规则和信任度换算方法，具体 步骤如下1)确定拓扑图中每个中间节点Nx的入度Xin和出度Xout；2)对于拓扑中除去到达目的节点 的所有路径，删除推荐信任度Rxl,x2 < Th的路径；3)如果对于所有Nx，有Xin= Xout = 1，已为并行拓扑；4)对于每个在源节点Ni和最后一个中间节点Np1之间的Nx，如果其入度Xin>1或出 度Xout > 1，则通过复制多个Nx构建Ni与Nf1之间的并行拓扑；5)统计到达Nf1之前的最后一个中间节点数目Nttrtal，即统计并行路径数，对每条路径，Pjzf [1/ Ntoiai χ cons]用Pcons作为信任度换算比率，其中[]为取整号，(30118是常量，取固定值10，100，1000...，与网 络规模有关；6)利用信任传递规则计算Riij，可知 =1-口(1-4))其中f为并行拓扑路径数，X为其中一条路径的中间节点集合，为此路径的总推荐 信任度，艮PHxRx x X…XRx ,.)其中Ru1 Rxl,χ2· · · Rxj-Uj为在传输范围内的两节点的推荐信任度。
6.根据权利要求5所述的移动自组织网络中基于信任模型的协作通信方法，其特征在 于所述的信任传递规则包括信任度折扣与增强；如果Ni与 相互之间不是邻居节点，Nx分 别是Ni和 的邻居节点，信任度通过一条路径传递要有所折扣；即，若Ni对Nx的推荐信任度为P，Nx对 的推荐信任度为q，那么Ni对 的总推荐信任度就为pq，以此类推；而如果 信任度从不同的路径传递，那么信任度就会增强；假设队对 的推荐信任度分为两条路径， 分别为P和q，那么Ni对Nj的总推荐信任度为l-(l-p) (Ι-q)，以此类推。
7.根据权利要求5所述的移动自组织网络中基于信任模型的协作通信方法，其特征在 于所述的信任度换算方法是对Ri, j计算进行改进，从而减轻虚假推荐对信任度准确性造成 的恶意影响，基于拓扑变换的信任度换算方法为假设在某网络中计算Ni对 的信任度，要同时考 虑经由不同路径的多条路由。因此，通过引入一个信任度换算比率《κ ^<υ，将节点Nx复制为 两个，这样原拓扑就转换为并行拓扑。最后Ni对 的总推荐信任度就可以按照信任传递规 则的方法计算。
全文摘要
一种移动自组织网络中基于信任模型的协作通信方法，建立依据全局信任度和安全的推荐信任度的信任模型，利用信任衰退的惩罚机制和节点救赎机制，在无线Ad Hoc网络环境下激励节点的协作。在移动自组织网络中，节点利用直接监控和其它节点的监控信息的综合评价来确定是否允许被监控节点参与协作，并对恶意节点设立重建机制，使其重新加入网络，与其他节点建立连接；基于大部分信任模型的虚假推荐、迭代收敛和惩罚救赎问题，建立依据全局信任度和安全的推荐信任度信任模型，提出基于拓扑变换的推荐信任度计算方法，信任模型所描述的信任度变化过程，利用更新阶段的惩罚机制和重建阶段的救赎机制，在移动自组织网络环境下激励节点的协作。
文档编号H04W84/18GK101969647SQ20101027895
公开日2011年2月9日 申请日期2010年9月10日 优先权日2010年9月10日
发明者吴蒙, 沈苏彬, 王堃 申请人:南京邮电大学