一種無線網(wǎng)絡(luò)中降低傳輸延遲的信息共享方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無線網(wǎng)絡(luò)中降低傳輸延遲的信息共享方法，包括：擁有部分信息的N個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間首先進(jìn)行信息共享，基于博弈中的聚合?分裂原則計(jì)算聯(lián)盟收益，考慮聯(lián)盟收益的最大化來形成不相交的小聯(lián)盟；找出所有聯(lián)盟中具有最大收益的聯(lián)盟，將其作為廣播聯(lián)盟，并向其它含有部分信息的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播；通過聚合?分裂原則，擁有全部數(shù)據(jù)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)，與其它需要數(shù)據(jù)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)形成新的聯(lián)盟以發(fā)送所擁有的全部數(shù)據(jù)信息；在聯(lián)盟內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)一些不在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)時(shí)，通過在通信范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)做中繼節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信息，這樣使得聯(lián)盟內(nèi)所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都能夠接收到信息。本發(fā)明提高了信息獲得的可靠性。
【專利說明】
-種無線網(wǎng)絡(luò)中降低傳輸延遲的信息共享方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)間信息共享領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種無線網(wǎng)絡(luò)中降低傳輸 延遲的信息共享方法，該方法基于合作聯(lián)盟博弈的信息共享聯(lián)盟形成方法，W降低信息共 享數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間延遲。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，如無人機(jī)、汽車等，由于具有較快的移動(dòng)性或者是當(dāng)其移 動(dòng)到距離基站的距離較遠(yuǎn)時(shí)，運(yùn)些移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間可W不通過固定基礎(chǔ)設(shè)施，而是形成自組 織網(wǎng)絡(luò)(Ad-hoc)，在自組織網(wǎng)絡(luò)中將彼此獲取的信息(如無人機(jī)勘察到的信息、車輛了解的 路況等)進(jìn)行共享。在現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)通常是將獲取到的信息傳遞給固定的基 礎(chǔ)設(shè)施(如:地面基站），然后固定的基礎(chǔ)設(shè)施在將獲得的信息傳遞給其它需要該信息的節(jié) 點(diǎn)。
[0003] 運(yùn)種方式的局限性在于由于移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的快速移動(dòng)性，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過基礎(chǔ)設(shè)施的時(shí) 間較短，運(yùn)樣不能保證移動(dòng)節(jié)點(diǎn)可W獲得全部的信息。另一方面，當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)不在基站的覆 蓋范圍內(nèi)時(shí)，數(shù)據(jù)傳遞則不能進(jìn)行。運(yùn)些都增加了信息共享所需要的時(shí)間，降低了信息共享 的可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種無線網(wǎng)絡(luò)中降低傳輸延遲的信息共享方法，依據(jù)于合作博弈理 論，將其與無線網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的相互通信相結(jié)合，從而有效的實(shí)現(xiàn)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的 信息共享，減少通信過程中的時(shí)延，保證通信的可靠性，詳見下文描述：
[0005] -種無線網(wǎng)絡(luò)中降低傳輸延遲的信息共享方法，所述信息共享方法包括W下步 驟：
[0006] 擁有部分信息的N個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間首先進(jìn)行信息共享，基于博弈中的聚合-分裂原 則計(jì)算聯(lián)盟收益，考慮聯(lián)盟收益的最大化來形成不相交的小聯(lián)盟；
[0007] 找出所有聯(lián)盟中具有最大收益的聯(lián)盟，將其作為廣播聯(lián)盟，并向其它含有部分信 息的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播；
[000引通過聚合-分裂原則，擁有全部數(shù)據(jù)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)，與其它需要數(shù)據(jù)的 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)形成新的聯(lián)盟W發(fā)送所擁有的全部數(shù)據(jù)信息；
[0009] 在聯(lián)盟內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)一些不在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)時(shí)，通過在通信范 圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)做中繼節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信息，運(yùn)樣使得聯(lián)盟內(nèi)所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都能夠接收 到信息。
[0010] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是:本發(fā)明提出一種基于形成合作博弈的低傳 輸延遲信息共享方法，將其應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間信息的傳遞，解決了移動(dòng)節(jié)點(diǎn) 之間的信息共享時(shí)間延遲較大問題。本發(fā)明可W使得所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在較短時(shí)間內(nèi)獲得全部 信息，并提高了信息獲得的可靠性。
【附圖說明】
[0011] 圖1為一種無線網(wǎng)絡(luò)中降低傳輸延遲的信息共享方法的流程圖；
[0012] 圖2為系統(tǒng)模型圖；
[0013] 目P，表示節(jié)點(diǎn)最初始的狀態(tài)。
[0014] 圖3為擁有不同信息的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間相互傳遞數(shù)據(jù)的示意圖；
[0015] 目P，在小聯(lián)盟內(nèi)擁有不同信息的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間相互傳遞數(shù)據(jù)，使得每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn) 擁有全部數(shù)據(jù)信息的示意圖。
[0016] 圖4為擁有全部數(shù)據(jù)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)向其它移動(dòng)節(jié)點(diǎn)傳遞信息的示意圖。
[0017] 目P，擁有全部數(shù)據(jù)的每個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與沒有數(shù)據(jù)包的其它移動(dòng)節(jié)點(diǎn)形成新的聯(lián)盟， 向其它移動(dòng)節(jié)點(diǎn)傳遞信息，使所有新聯(lián)盟內(nèi)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)獲得所有數(shù)據(jù)信息。
【具體實(shí)施方式】
[0018] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步 地詳細(xì)描述。
[0019] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，本發(fā)明實(shí)施例將合作博弈的技術(shù)應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)中 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的通信，該應(yīng)用不僅可W增加移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間通信的可靠性而且可W減小移動(dòng) 節(jié)點(diǎn)之間信息傳輸所用的時(shí)間。
[0020] 合作博弈W特征函數(shù)的形式(Ν，ν)給出。N= {1，2, . . .，，n}表示參與者(players) 的集合，其中η是正整數(shù)，表示參與者的個(gè)數(shù)。S表示參與者的聯(lián)盟(coalition)，為N的子集， 良pscWsV為N中每一個(gè)聯(lián)盟S的特征函數(shù)。v(S)表示聯(lián)盟S中的博弈參與者通過相互合作獲 得的價(jià)值，它表示為參與者形成聯(lián)盟獲得的收益U(S)與形成聯(lián)盟所需要的代價(jià)C(S)之差。
[0021] 依據(jù)聯(lián)盟中參與者的不同形成情況，可W將合作博弈分為Ξ種形式:規(guī)范合作博 弈、形成合作博弈W及圖博弈。本發(fā)明實(shí)施例中使用形成合作博弈，在形成合作博弈中博弈 參與者形成獨(dú)立不相交的小聯(lián)盟。如果小聯(lián)盟內(nèi)每個(gè)參與者的效益合理分配，會(huì)形成穩(wěn)定 的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)。
[0022] 實(shí)施例1
[0023] -種無線網(wǎng)絡(luò)中降低傳輸延遲的信息共享方法，參見圖1，該信息共享方法具體包 括W下步驟：
[0024] 101:擁有部分信息的N個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間首先進(jìn)行信息共享，基于博弈中的聚合-分 裂原則計(jì)算聯(lián)盟收益，考慮聯(lián)盟收益的最大化來形成不相交的小聯(lián)盟；
[0025] 102:找出所有聯(lián)盟中具有最大收益的聯(lián)盟，將其作為廣播聯(lián)盟，并向其它含有部 分信息的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播；
[0026] 103:通過聚合-分裂原則，擁有全部數(shù)據(jù)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)，與其它需要數(shù) 據(jù)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)形成新的聯(lián)盟W發(fā)送所擁有的全部數(shù)據(jù)信息；
[0027] 104:在聯(lián)盟內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)一些不在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)時(shí)，通過在通 信范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)做中繼節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信息，運(yùn)樣使得聯(lián)盟內(nèi)所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都能夠 接收到信息。
[0028] 綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例將基于形成合作博弈的低傳輸延遲信息共享方法，應(yīng)用 于無線網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間信息的傳遞，解決了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的信息共享時(shí)間延遲較大問 題。本發(fā)明實(shí)施例可W使得所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在較短時(shí)間內(nèi)獲得全部信息，并提高了信息獲得 的可靠性。
[0029] 實(shí)施例2
[0030] 下面結(jié)合具體的計(jì)算公式、圖2、圖3和圖4對(duì)實(shí)施例1中的方案進(jìn)行詳細(xì)的介紹，該 信息共享方法基于合作博弈理論的無線網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的通信模型，模型參見圖2,詳 見下文描述：
[0031] 201:擁有部分信息的N個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（如圖2中節(jié)點(diǎn)1-4)之間首先進(jìn)行信息共享，基 于博弈中的聚合-分裂原則(Merge-Split-Rule)tU，通過公式(3)計(jì)算聯(lián)盟收益，考慮聯(lián)盟 收益的最大化來形成不相交的小聯(lián)盟；
[0032] 其中，最初的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)所擁有數(shù)據(jù)不相同，利用形成合作博弈理論，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間 在不損害自身利益的條件下，出于增加自身收益的目的形成多個(gè)互不相交的小聯(lián)盟。
[0033] 202:找出所有小聯(lián)盟中具有最大收益的聯(lián)盟，將其作為廣播聯(lián)盟(如圖2中節(jié)點(diǎn)3、 4)，并向其它含有部分信息的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（如圖2中節(jié)點(diǎn)1、2)進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播，運(yùn)樣移動(dòng)節(jié)點(diǎn)（如 圖2中節(jié)點(diǎn)1-4)擁有全部信息；
[0034] 參見圖2,在初始的情況下，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)1-4在移動(dòng)過程中獲得一些信息，需要將彼此 擁有的信息進(jìn)行共享，得到一個(gè)完整的信息。在得到完整的信息后，它們將運(yùn)些信息傳遞給 節(jié)點(diǎn)5-9,使得該區(qū)域中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都具有運(yùn)些信息。
[0035] 203:通過聚合-分裂原則，擁有全部數(shù)據(jù)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)（如圖3中節(jié)點(diǎn) 2、4)，與其它需要數(shù)據(jù)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)形成新的聯(lián)盟W發(fā)送所擁有的全部數(shù)據(jù)信息；
[0036] 204:在聯(lián)盟內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)一些不在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)時(shí)，可W通過 在通信范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)做中繼節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信息，運(yùn)樣使得聯(lián)盟內(nèi)所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都 能夠接收到信息。
[0037] 參見圖3,根據(jù)聯(lián)盟形成算法中的聚合-分裂原則，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)3和移動(dòng)節(jié)點(diǎn)4形成的 聯(lián)盟具有最大的收益，因此它們形成廣播聯(lián)盟，向其它的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)廣播信息。重復(fù)W上過 程，直至移動(dòng)節(jié)點(diǎn)1-4都擁有了全部的信息。
[0038] 參見圖4,當(dāng)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)1到4擁有全部的信息時(shí)，移動(dòng)節(jié)點(diǎn)1到4將運(yùn)些信息傳遞給其 它的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，也就是圖中發(fā)送節(jié)點(diǎn)將信息傳遞給接收節(jié)點(diǎn)。當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)（如節(jié)點(diǎn)7、9)不在 發(fā)送節(jié)點(diǎn)（如節(jié)點(diǎn)2、4)的通信范圍內(nèi)時(shí)，采取聯(lián)盟的方式解決運(yùn)個(gè)問題。運(yùn)些移動(dòng)節(jié)點(diǎn)形成 聯(lián)盟，聯(lián)盟中需要含有至少一個(gè)含有信息節(jié)點(diǎn)，通過聚合-分裂原則，不斷地進(jìn)行迭代，直至 獲得穩(wěn)定的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)。在聯(lián)盟內(nèi)通過中繼節(jié)點(diǎn)（如節(jié)點(diǎn)6、節(jié)點(diǎn)8)將信息傳遞給不在發(fā)送節(jié) 點(diǎn)范圍內(nèi)的節(jié)點(diǎn)。最終，達(dá)到信息共享的目的。
[0039] 其中，信息傳輸系統(tǒng)如圖2、3所示:N個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)彼此具有不同的信息，根據(jù)步驟 20U202實(shí)現(xiàn)N個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間形成小聯(lián)盟，實(shí)現(xiàn)信息共享。步驟203、204將所擁有的信息通 過形成新的聯(lián)盟傳遞給其余Μ個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。
[0040] 其中，在過程一中（也就是步驟201、202)，基于形成合作博弈，節(jié)點(diǎn)的收益函數(shù) 為
[0041]
[00創(chuàng)其中，目是價(jià)格因子;X表示給定的信息共享機(jī)制;px(t)=EiE0| Γι|表示當(dāng)前時(shí)隙 擁有數(shù)據(jù)包的總數(shù)；Ω表示擁有信息的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量;i表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn)；Γ1表示移動(dòng)節(jié)點(diǎn) i擁有的信息;x(t)=px(t)-px(t-l)表示當(dāng)前時(shí)隙成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的數(shù)量;px(t-l)為上 一個(gè)時(shí)隙擁有數(shù)據(jù)包的總數(shù)。
[0043] 節(jié)點(diǎn)傳遞信息需要的代價(jià)表示為W :
[0044]
(2)
[0045] 其中，ξ為代價(jià)系數(shù)；|S|為聯(lián)盟大小；因此，聯(lián)盟的價(jià)值函數(shù)為：
[0046] Vi(S)=U(S)-C(S) (3)
[0047] 其中，步驟203、204中聯(lián)盟的價(jià)值函數(shù)為W :
[004引
（4)
[0049] 其中，βε(〇，1)是關(guān)于吞吐量-延時(shí)的參數(shù);Pi,J是數(shù)據(jù)包從j節(jié)點(diǎn)到i節(jié)點(diǎn)的成功 傳輸?shù)母怕?di,j是接收節(jié)點(diǎn)
與發(fā)射節(jié)點(diǎn)j之間的距離；|v|是接收節(jié)點(diǎn)與發(fā)射節(jié)點(diǎn)的相 對(duì)速度;Ls是平均吞吐量，|S|表示聯(lián)盟中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量。
[0050] 綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例將基于形成合作博弈的低傳輸延遲信息共享方法，應(yīng)用 于無線網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間信息的傳遞，解決了移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間的信息共享時(shí)間延遲較大問 題。本發(fā)明實(shí)施例可W使得所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)在較短時(shí)間內(nèi)獲得全部信息，并提高了信息獲得 的可靠性。
[0051] 本領(lǐng)域技術(shù)人員可W理解附圖只是一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的示意圖，上述本發(fā)明實(shí)施例 序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。
[0052] W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用W限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0化3] 參考文獻(xiàn)；
[0054] [1]Das B,Misra S,Roy U.Coalition Formation for Cooperative Service- based Message Sharing in Vehicular Ad Hoc Networks[J].2016(1):1-1.
[0055] [2]Wang T,Song L,Han Z,et al.Dynamic Popular Content Distribution in Vehicular Networks using Coalition Formation Games[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications,2012,31(9):538-547.
[0056] [3]Das B,Misra S,Roy U.Coalition Formation for Cooperative Service- based Message Sharing in Vehicular Ad Hoc Networks[J].2016(1):1-1.
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種無線網(wǎng)絡(luò)中降低傳輸延遲的信息共享方法，其特征在于，所述信息共享方法包 括以下步驟： 擁有部分信息的N個(gè)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)之間首先進(jìn)行信息共享，基于博弈中的聚合-分裂原則計(jì) 算聯(lián)盟收益，考慮聯(lián)盟收益的最大化來形成不相交的小聯(lián)盟； 找出所有聯(lián)盟中具有最大收益的聯(lián)盟，將其作為廣播聯(lián)盟，并向其它含有部分信息的 移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)廣播； 通過聚合-分裂原則，擁有全部數(shù)據(jù)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)作為發(fā)送節(jié)點(diǎn)，與其它需要數(shù)據(jù)的移動(dòng) 節(jié)點(diǎn)形成新的聯(lián)盟以發(fā)送所擁有的全部數(shù)據(jù)信息； 在聯(lián)盟內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)一些不在發(fā)送節(jié)點(diǎn)的通信范圍內(nèi)的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)時(shí)，通過在通信范圍內(nèi) 的節(jié)點(diǎn)做中繼節(jié)點(diǎn)來轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的信息，這樣使得聯(lián)盟內(nèi)所有移動(dòng)節(jié)點(diǎn)都能夠接收到信 息。
【文檔編號(hào)】H04W40/22GK106060836SQ201610412468
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】付曉梅, 付偉伊, 趙夢(mèng)微
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)