基于社会属性的中继自适应选择方法
【专利摘要】基于社会属性的中继自适应选择方法，属于无线中继通信【技术领域】。基于中继的无线多跳网络可以显著提高网络性能。然而，在无线自组织网络商业化过程中，为了节约自身有限的网络资源，一些节点可能拒绝转发数据包或者只转发和该节点社会关系密切节点的数据。另一方面，无线自组织网络中存在许多中继传输技术，比如基于中继传输的单播、基于网络编码的多播和基于频谱空分复用的并行传输。因此，我们综合考虑不同传输技术在网络优化过程中的相互作用，并且需要考虑节点的自私属性。本发明首先提出一种基于社会属性的下一跳传输节点选择方案。通过本发明提出的方案，源节点和中继节点通过双边拍卖的方式激发节点进行协作通信，进而增加网络吞吐量。
【专利说明】基于社会属性的中继自适应选择方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线中继通信【技术领域】，具体涉及节点社会属性判断和基于节点自私属性的中继选择方法。
【背景技术】
[0002]基于中继的无线多跳网络已经被证明可以显著提高网络性能。无线自组织网络(Ad Hoc)中的两个终端即使在直接传输链路存在的情况下仍然可以采用多跳传输，这是因为直接相连的链路传输可能需要较大发射功率来完成长距离通信，因此与基于中继转发方式相比，直接链路传输可能对其他链路带来更大传输干扰。然而，在无线自组织网络商业化过程中，为了节约自身有限的网络资源(如能量)，一些节点可能拒绝转发数据包或者只转发和该节点社会关系密切节点的数据，这种特性叫节点自私性。另一方面，无线自组织网络中存在许多中继传输技术，比如基于中继传输的单播、基于网络编码的多播和基于频谱空分复用的并行传输。因此，我们应该综合考虑不同无线传输环境下所应用的传输技术在网络优化过程中的相互作用，并且需要在无线自组织网络的自适应传输过程中考虑节点的自私属性。本发明基于双边拍卖模型将直接传输的链路拆分成基于中继节点转发的多跳传输链路，目标是增强节点的协作通信从而提升网络吞吐量。
[0003]一方面，关于多种中继传输模式下的中继方式选择在近年来得到广泛研究。F.Wang等人提出了一种基于链路传输速率的物理层网络编码（PNC)、传统网络编码（CNC)和纯路由传输的次优中继选择方案。H. Su等人提出一种基于物理层网络编码和传统网络编码的联合调度、信道分配和路由的策略，目标是在满足公平性要求的前提下通过线性方程求解最大网络吞吐量。Z. Ning等人的研究考虑了网络编码和空分复用的相互作用，并且说明贪婪地进行网络编码会降低频谱空分复用性能，从而降低网络吞吐量。然而先前的文献仅将接收信号强度因子（RSSI)和信干噪比（SINR)作为中继节点选择的判据，而很少考虑节点间的社会属性。先前的研究已经证明基于接收信号强度因子和信干噪比的方案在新兴复杂网络中不再有效，这是因为这些方案没有充分利用网络资源，从而造成网络拥塞。
[0004]另一方面，L. Guardalben等人证明基于社会属性的判据可以提高网络资源分配效率并在不同信道环境下获得较高吞吐量。S. Zou等人基于马尔科夫链对基于节点自私性的路由选择策略进行了建模，通过对节点的信用等级进行评估从而决定相应的链路传输路径。H. Li等人证明网络性能的提升不仅依赖于网络带宽和传输速率，还决定于节点的社会属性。因此在中继节点的选择过程中应该将节点的社会属性加以考虑。
【发明内容】
[0005]针对现有技术存在的不足，本发明提出一种基于社会属性的自适应中继传输机制，目标是根据无线传输环境和节点社会属性高效地利用网络资源，从而提升网络吞吐量。本发明首先提出一种基于社会属性的下一跳传输节点选择方案。通过本发明提出的方案，源节点和中继节点通过双边拍卖的方式激发节点进行协作通信，从而增加应用新兴中继传输方式(如网络编码和空分复用）的可能，进而增加网络吞吐量。
[0006]一种基于社会属性的中继自适应选择方法，包括以下步骤：
步骤I、节点社会属性判据计算；
步骤2、建立基于社会属性感知的双边拍卖机制，选择节点下一跳的转发节点；
步骤3、确定优化目标。本设计的最优目标是通过适当的中继方式选择，最小化链路激活时间，进而最大化网络吞吐量；
步骤4、提出网络通信传输的限定条件，包括对网络通信节点的半双工传输特性、传输模式特性和链路容量特性等进行限定；
步骤5、提出基于编码感知调度方案的中继选择方式，并对中继节点流入和流出的数据流、链路激活状态等条件进行限定；
步骤6、重复步骤I至5直到所有待激活链路均完成传输任务。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图I为线性拓扑下网络交易数示意图；
图2为随机拓扑下网络交易数意图；
图3为线性拓扑下网络社会福利示意图；
图4为随机拓扑下网络社会福利示意图；
图5为线性拓扑下网络吞吐量示意图；
图6为随机拓扑下网络吞吐量示意图。
【具体实施方式】
[0008]下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。
[0009]我们考虑时分多址通信方式，因为这种方式可以有效降低网络干扰。我们将网络根据图论定义为Α(κ，幻，其中K为顶点代表一组无线节点，万为边沿代表节点之间的物理传输链路。如果节点J与节点可以直接进行通信，我们定义J一为一个业务传输单元；如果节点J与节点由于信道衰落或大尺度效应而不能直接进行通信，那么需要另外一个节点i进行中继转发，从而使得节点J与节点完成通信，我们定义中继模式下J一i一Jf为一个业务传输单兀。
[0010]步骤I、节点社会属性判据计算。
[0011]节点社会属性判据的目标是通过衡量网络节点通信密度、通信质量和通信范围(社区）关系之间的相互作用，从而评估节点在网络中的社会属性因子。该判据包括三个子判据：邻居节点友谊子判据、关联节点友谊子判据和社区节点友谊子判据。
[0012]步骤a、邻居节点友谊子判据。
[0013]此判据的目的是量化节点传输对其邻居节点的影响程度。该判据通过计算节点所发送数据包数量占整个目的节点总体接收到的数据包的百分比来衡量该源节点与目的节点的友谊度。节点J'的邻居节点友谊度(定义为/W7.)的计算式为：
【权利要求】
1.一种基于社会属性的中继自适应选择方法，包括以下步骤: 步骤1、节点社会属性判据计算； 步骤2、建立基于社会属性感知的双边拍卖机制； 步骤3、确定优化目标，本设计的最优目标是通过适当的中继传输方式选择，最小化链路激活时隙个数，进而最大化网络吞吐量；通过我们提出的双边拍卖机制，节点被鼓励参与协作通信传输过程，这将为我们采用网络编码和空分复用提高网络吞吐量带来更多传输机八石， 先前研究已经证明贪婪地进行网络编码会降低网络空分复用的性能，因此我们提出一种基于空分复用感知的中继选择策略，从而最优地选取同时进行激活的链路组； 步骤4、提出网络通信传输的限定条件，包括对网络通信节点的半双工传输特性、传输模式特性和链路容量特性等进行限定； 步骤5、确定编码感知调度的中继选择方式，对中继节点流入和流出的数据流、链路激活状态等因素进行限定； 步骤6、重复步骤I至5直到所有待激活链路均完成传输任务。
2.根据权利要求1所述的一种基于基于社会属性的中继自适应选择方法，其特征在于: 邻居节点友谊子判据；节点J'的邻居节点友谊度(定义为/W7.)的计算式为:
3.关联节点友谊子判据，此判据的目的是通过归一化新干噪声比值(SINR)描述节点与其关联节点的友谊度，节点J的关联节点友谊度(定义为/^7.)的计算式为:
4.社区节点友谊子判据；此判据的目的是计算节点在社区的友谊度，定义如下:
5.步骤2、建立基于社会属性感知的双边拍卖机制 从买方(源节点)观点来看，增加的传输速率为
6.受利益驱使，交易双方在商品实际交易过程中不愿意按照商品的真实价值出价和询价；买家J'报价会比商品真实值低，而卖家i会索要比真实值高的价格；商品市场价与真实价的差额叫做利润；考虑到双边拍卖网络参与者的贪婪特性，我们定义源节点J的询价和中继节点i的要价为:
7.源节点和中继节点的价格因子定义为:
8.如果源节点生出，该节点获得的报酬可以表示为:
【文档编号】H04W40/22GK103841622SQ201410088079
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】宁兆龙, 宋清洋, 崔亚运 申请人:东北大学