[发明专利]一种移动自组织网络中基于信任评估的协作通信方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于局部信任度和安全推荐信任模型的节点协作通信方法，属于移动自组织网络的协作通信技术领域。

背景技术

移动Ad hoc网络（MANET）是一个独立的系统，通过无线链路连接的移动主机（节点）。这样的网络的建立是不需要任何类型的现有的固定基础设施的支持。移动自组织网络是一个分布式网络，其拓扑处于不断的变化中。这些特点给无线自组织网络带来了多方面的挑战。由于这样的网络没有基站或是接入点之类的基础设施，节点不在彼此的通信范围内时，需要借助中间节点的合作转发来实现多跳通信。Ad hoc网络由于能量受限，信息通常以多跳的方式在节点间传递，如果节点总是转发数据包，则会因能量耗尽而过早失效。另外，如果节点为了保存能量而拒绝所有的转发请求，网络的吞吐量急剧下降，网络通信就会瘫痪。文献中的仿真分析表明简单的不当行为可以使得MANET网络的性能急剧下降。有研究表明网络的转发能耗和吞吐量之间存在一个折中。因此节点如何决定转发数据包以实现最大限度节能，并保证一定的吞吐量也就成为自组织网络研究所要解决的重要问题之一。数据包的转发是网络路由协议的一个重要的基本功能，转发包的策略的好坏将直接影响网络节点间的通信质量。

在移动自组织网络中，信任（或声誉）被定义为一个节点对其它节点执行网络功能的接受程度。信任值可以激励或约束人们的行为，可以作为显式激励的替代物。在移动自组网中，声誉评价机制就是如何评价节点行为并对不同的行为采取不同的应对策略，其主要目标是防止网络中不良节点的安全威胁，尤其是对抗恶意节点的攻击，它的目标包括：提供用以判断节点是否可信的可靠信息；激励节点的合作行为；排斥不良节点获取网络服务。

在人际网络中，信任是一种对个体可信行为的主观评价，这一评价建立在与个体的直接交往经验、其它个体的经验推荐基础上。在无线多跳合作网络中存在以下特点：（1）源节点对下一跳节点具有选择权；（2）中继节点在转发过程中会留下反映其行为的特征信息；（3）节点可以提供推荐信息。因此，合作网络与人际网络有很大的相似性。在网络环境中，分组转发成功的概率是中继节点行为可靠性的一种体现，这种能力越强，其信任值就越高。因此，分组成功转发的概率可以作为节点可信度的度量手段。

目前，针对节点的自私问题，不少研究者提出了自己的解决方案，国内外的激励机制大体上可以分为三类：基于虚拟货币的激励机制、基于博弈论的激励机制和基于信誉的激励机制。基于虚拟货币的激励机制必须设计精细的支付方案，使得节点只有在合作的时候才能是自己的利益最大化。这种方法的缺陷在于作为基础的虚拟货币管理系统需要抗篡改硬件的支持，或者需要集中地支付服务；博弈激励机制在基于节点理性的基础上，采用经济学中博弈论的思想，在节点间建立分组转发博弈模型，设计适当的支付矩阵来最激励节点合作，里面的节点更接近理性的人的思维。其中比较有代表性的是“针锋相对（TFT Tit for Tat）”策略及其变形，这类文献重在纳什均衡的证明，假设的条件比较苛刻，和实际的应用有一定距离。信誉激励机制根据节点的历史行为对其可信程度做出评估，然后采取相应的策略。相比前两种机制，信誉机制所要求的条件低，更易于实现。

而在现有的信誉机制中，比如CORE，COFIDANT，OCEAN中信誉值的计算采用了简单的累加或是平均，不能很好的反映节点的行为，其计算的合理性值得商榷；对检测出的恶意节点并没有采取适当的惩罚措施，大多是简单的丢弃来及恶意节点的分组，这样显得过于严厉。然而，引入推荐信任又会招致虚假推荐问题。为了快速有效的检测出不合作节点，准确计算节点的可信值就显得尤为重要。此外，在基于信誉激励机制中，存在这样一个问题：合作节点转发的分组数比自私节点发送的多，其对应的声誉值也相对高些，而随着时间的推移，其转发的分组数越多，其声誉值也就越高，而节点在选择下一跳节点时，选取的是信誉值最高的节点，显然，声誉值高的节点作为中继节点的机率就更大，自身消耗的能量也就越多，这就导致了不公平的问题。因此，为了有效延长网络寿命，平衡网络负载，就必须综合考虑节点的能耗情况。

本发明针对上面所述的四个问题，即（1）信任度估计合理性问题；（2）虚假推荐问题；（3）惩罚机制不当问题；（4）公平性问题，提供了一种移动自组织网络中基于信任模型的协作通信方法，建立依据局部信任度和安全的推荐信任度的信任模型，引入惩罚因子和奖赏因子加快节点信任值得收敛，在无线自组织网络环境下激励节点协作，并充分结合节点能量选择下一跳节点，均衡网络负载。

模型定义

网络模型