本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡與通信技術領域，特別是涉及一種獲取基于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構的方法及裝置。

背景技術：

Ad hoc網(wǎng)絡由許多可以自由移動的節(jié)點組成，每個節(jié)點扮演主機和路由器雙重角色，節(jié)點之間的通信通過無線信道、中繼節(jié)點的多跳轉發(fā)來完成。該網(wǎng)路不依賴于任何固定的基礎設施，無中心控制，是完全自組織的，因此它與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡有著很大的區(qū)別。在傳統(tǒng)的緊急情況和軍事應用中，Ad hoc網(wǎng)絡中的節(jié)點都是以一種自愿積極的合作轉發(fā)方式來工作。但是，最近特別是在民用領域中，節(jié)點由于受到自身處理能力、存儲空間和電池能量等各種資源的限制，節(jié)點會表現(xiàn)出自私行為，丟棄所要轉發(fā)的報文，從而達到節(jié)省自身資源的目的，降低了網(wǎng)絡的性能。因而，確保網(wǎng)絡中自私節(jié)點的激勵合作，從而保障網(wǎng)絡的可用性及其網(wǎng)路的性能成為當前Ad hoc網(wǎng)絡中研究的熱點之一。

當前采用博弈論來增強Ad hoc網(wǎng)絡中自私節(jié)點的合作性研究方法較多，但是目前的研究都主要集中在非合作博弈的研究范疇。在非合作博弈中，強調的重點主要體現(xiàn)在節(jié)點自身所表現(xiàn)的行為：理性節(jié)點在轉發(fā)數(shù)據(jù)包的過程中可選擇的策略、博弈可能出現(xiàn)的結果和節(jié)點對應做出的選擇等。而在博弈論另外的研究分支合作博弈中，一般假定節(jié)點之間達成一個可實施的共同行動的協(xié)議，即節(jié)點之間可能表現(xiàn)出一種“合作的意向”，并且這種合作意向是內(nèi)生的。當前，如何通過合作博弈來解決Ad hoc網(wǎng)絡中節(jié)點的自私激勵問題成為最主要的問題之一。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術問題是提供一種獲取基于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構的方法及裝置，能夠為解決Ad hoc網(wǎng)絡中節(jié)點的自私激勵問題提供理論方法和技術支持。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是：提供一種獲取基于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構的方法，所述方法包括：確定用于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的整個網(wǎng)絡G，其中，所述網(wǎng)絡G由N個理性節(jié)點構成，G為任意有向圖；通過所述整個網(wǎng)絡G，確定所述網(wǎng)絡G中存在的非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合為其中η_x表示為網(wǎng)絡G中某一個包括N個所有節(jié)點的轉發(fā)聯(lián)盟結構，D_N表示為網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的數(shù)量，其中，以所述非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合作為離散時間的馬爾科夫鏈模型的狀態(tài)空間Ω＝{(η_x),x＝{1,...,D_N}}，基于所述離散時間的馬爾科夫鏈模型獲取所述網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。

其中，所述基于所述離散時間的馬爾科夫鏈模型獲取所述網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構的步驟，包括：通過求解離散時間的馬爾科夫鏈模型的平穩(wěn)概率來獲取所述網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。

其中，所述通過求解離散時間的馬爾科夫鏈模型的平穩(wěn)概率來獲取所述網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構的步驟，包括：確定所述離散時間的馬爾科夫鏈模型的轉移概率矩陣P，其中矩陣P中的每一個元素表示為P_η,η'，元素P_η,η'表示為所有節(jié)點形成的轉發(fā)聯(lián)盟結構從η狀態(tài)到η狀態(tài)的轉移概率；通過所述轉移概率矩陣P計算獲得所述離散時間的馬爾科夫鏈模型的平穩(wěn)概率向量進而獲得所述網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。

其中，元素P_η，η'的計算公式為：其中，C_η,η'表示為從當前的聯(lián)盟調整到新的聯(lián)盟中而導致轉發(fā)聯(lián)盟結構從η狀態(tài)到η′狀態(tài)對應網(wǎng)絡節(jié)點的集合，λ表示為網(wǎng)絡中任意節(jié)點自主做出調整決定的概率，表示為任意節(jié)點i由于從當前聯(lián)盟調整為新聯(lián)盟而導致轉發(fā)聯(lián)盟結構從η狀態(tài)到η狀態(tài)的概率，的計算公式為：為節(jié)點i在聯(lián)盟中的收益，為節(jié)點i在聯(lián)盟中的收益，0<φ≤1，

其中，網(wǎng)絡中任何節(jié)點i獲得的平均收益如下：表示為轉發(fā)聯(lián)盟結構η_x可以形成的概率，u_i(S_i)表示為節(jié)點i在聯(lián)盟S_i中的收益。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的另一個技術方案是：提供一種獲取基于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構的裝置，所述裝置包括：第一確定模塊，用于確定用于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的整個網(wǎng)絡G，其中，所述網(wǎng)絡G由N個理性節(jié)點構成，G為任意有向圖；第二確定模塊，用于通過所述整個網(wǎng)絡G，確定所述網(wǎng)絡G中存在的非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合為其中η_x表示為網(wǎng)絡G中某一個包括N個所有節(jié)點的轉發(fā)聯(lián)盟結構，D_N表示為網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的數(shù)量，其中，獲取模塊，用于以所述非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合作為離散時間的馬爾科夫鏈模型的狀態(tài)空間Ω＝{(η_x),x＝{1,...,D_N}}，基于所述離散時間的馬爾科夫鏈模型獲取所述網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。

其中，所述獲取模塊具體用于通過求解離散時間的馬爾科夫鏈模型的平穩(wěn)概率來獲取所述網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。

其中，所述獲取模塊包括：確定單元，用于確定所述離散時間的馬爾科夫鏈模型的轉移概率矩陣P，其中矩陣P中的每一個元素表示為P_η,η'，元素P_η,η'表示為所有節(jié)點形成的轉發(fā)聯(lián)盟結構從η狀態(tài)到η′狀態(tài)的轉移概率；獲得單元，用于通過所述轉移概率矩陣P計算獲得所述離散時間的馬爾科夫鏈模型的平穩(wěn)概率向量進而獲得所述網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。

其中，元素P_η,η'的計算公式為：其中，C_η,η'表示為從當前的聯(lián)盟調整到新的聯(lián)盟中而導致轉發(fā)聯(lián)盟結構從η狀態(tài)到η′狀態(tài)對應網(wǎng)絡節(jié)點的集合，λ表示為網(wǎng)絡中任意節(jié)點自主做出調整決定的概率，表示為任意節(jié)點i由于從當前聯(lián)盟調整為新聯(lián)盟而導致轉發(fā)聯(lián)盟結構從η狀態(tài)到η′狀態(tài)的概率，的計算公式為：為節(jié)點i在聯(lián)盟中的收益，為節(jié)點i在聯(lián)盟中的收益，0<φ≤1，

其中，網(wǎng)絡中任何節(jié)點i獲得的平均收益如下：表示為轉發(fā)聯(lián)盟結構η_x可以形成的概率，u_i(S_i)表示為節(jié)點i在聯(lián)盟S_i中的收益。

本發(fā)明的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術的情況，本發(fā)明確定用于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的整個網(wǎng)絡G；通過所述整個網(wǎng)絡G，確定所述網(wǎng)絡G中存在的非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合；以所述非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合作為離散時間的馬爾科夫鏈模型的狀態(tài)空間，基于所述離散時間的馬爾科夫鏈模型獲取所述網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。由于基于離散時間的馬爾科夫鏈模型獲取網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構，通過這種方式，能夠為后續(xù)的解決Ad hoc網(wǎng)絡中節(jié)點的自私激勵問題提供理論方法和技術支持。

附圖說明

圖1是本發(fā)明獲取基于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構的方法一實施方式的流程圖；

圖2是基于離散時間的馬爾科夫鏈模型的一網(wǎng)絡的狀態(tài)遷移圖；

圖3是本發(fā)明獲取基于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構的裝置一實施方式的結構示意圖。

具體實施方式

在詳細說明本發(fā)明之前，先大概說明一下與本發(fā)明相關的聯(lián)盟博弈的預備知識。

經(jīng)典的博弈論思想可以分為非合作博弈和合作博弈。在非合作博弈中，博弈的參與人根據(jù)他們可察覺的環(huán)境和自身利益進行決策。參與人效用不僅取決于自己的行為選擇，而且受到其他參與人行為的影響。在非合作博弈中，強調的重點主要體現(xiàn)在個體行為：理性參與人在競爭環(huán)境中可選擇的行動是什么？博弈可能產(chǎn)生的結果是什么？理性參與人會做出什么樣的決策？在合作博弈中，假定參與人有一個可實施的共同行動的協(xié)議，即合作是外生的。這時強調的重點體現(xiàn)在于：這些參與人會組成什么樣的聯(lián)盟？在聯(lián)盟中，如何確定參與人之間的權勢的大?。咳绾魏侠淼厝シ峙渎?lián)盟所得的合作收益(或分攤成本)？

在非合作博弈中，由各參與人之間的均衡而產(chǎn)生的結果是競爭的產(chǎn)物，一般來說，并不令人滿意。因為，他們可能表現(xiàn)出一種“合作的意向”，這種合作意向是內(nèi)生的，但這種合作意向沒有嚴格的執(zhí)行協(xié)議。在合作博弈中，參與人之間已有一個外生的合作協(xié)議，這構成了兩類博弈的根本區(qū)別。

對有N個參與人參與博弈的過程，則I＝{1,2,…,N}，稱集合I的任何一個子集S為一個聯(lián)盟。

定義1(聯(lián)盟)：設博弈的參與人集合為I＝{1,2,…,N}，任意則稱S為I的一個聯(lián)盟。特殊情況下，和S＝I，S＝I的這一種情況稱為一個大聯(lián)盟(The Grand Coalition)。

定義2(特征函數(shù))：設博弈的參與人集合為I＝{1,2,…,N}，v(S)是定義在N的一切子集(即聯(lián)盟)上的實值函數(shù)，即v:2^N→R(R為實值集合)，其滿足：則稱v(S)為一個特征函數(shù)。

定義3(聯(lián)盟博弈)：給定參與人集合I和特征函數(shù)v，所進行的合作博弈即為聯(lián)盟博弈CG，表示為CG＝(I,v)。

從理論上來說，博弈中的所有參與人都想加入到大聯(lián)盟中，以便于大聯(lián)盟中的任何兩個參與人都是相互合作的。由于每一個參與人都是理性的，都可以自由地根據(jù)自身所獲利益的情況，選擇加入到不同的聯(lián)盟，因此，有必要保證每一個參與人加入大聯(lián)盟是其所選最優(yōu)的策略。

在聯(lián)盟博弈理論中，存在一個強有力的概念-核(Core)。具體如下：

定義4(核)：在聯(lián)盟博弈CG＝(I,v)中，核C(v)為滿足以下條件而定義的支付分配向量x(x∈R^N)集合：

其中，x_i為參與人i所獲得的支付分配。

注意：聯(lián)盟博弈形成的核是一個向量集合，可以為任意大小集合，也可以為空集。為了確保找到的核是一個最優(yōu)的解決方案，需要形成的最優(yōu)核滿足如下條件：

定義5(最優(yōu)核)：在聯(lián)盟博弈CG＝(I,v)中，最優(yōu)核C^o(v)的形成必須滿足如下條件：

個體理性(Individual Rationality)：x_i≥v({i})。即：任何一個參與人加入到聯(lián)盟博弈中，其所分配所得到的支付分配至少應該比自身獨立執(zhí)行要好。

聯(lián)盟理性(Coalitional Rationality)：由于節(jié)點的理性，其自身可能離開當前所加入的聯(lián)盟，而加入形成的其它聯(lián)盟中，來使其獲取的支付分配達到最大化。

有效性(Effectiveness)：即：聯(lián)盟博弈中的支付分配總額和大聯(lián)盟所得的收入平衡，不存在或多或少的情況。

下面結合附圖和實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明在聯(lián)盟博弈理論框架下，針對Ad hoc網(wǎng)絡中節(jié)點數(shù)據(jù)包的轉發(fā)過程進行形式化定義，抽象為非重疊轉發(fā)聯(lián)盟博弈定義，建立了聯(lián)盟成員中節(jié)點的收益模型，進一步設計了基于離散時間的馬爾科夫鏈的模型，以此網(wǎng)絡中形成的轉發(fā)聯(lián)盟結構收斂為穩(wěn)定的轉發(fā)聯(lián)盟結構，確保網(wǎng)絡中所有節(jié)點的平均收益達到最大化，進而使得網(wǎng)絡中的所有節(jié)點都愿意參與到數(shù)據(jù)包的轉發(fā)過程中，提高網(wǎng)絡正常通信的協(xié)作性。

本發(fā)明通過構建該模型為在Ad hoc網(wǎng)絡中建立激勵合作路由算法提供了理論參考和借鑒，該模型可以有效地激勵自私節(jié)點合作轉發(fā)的積極性，減少自私節(jié)點對網(wǎng)絡的攻擊影響，能夠大大提高網(wǎng)絡的性能。

為了對模型進行形式化定義，先對模型的具體情形進行如下說明：

(1)整個網(wǎng)絡G(V,E)由N個理性節(jié)點構成，G為任意有向圖，V與E則分別為節(jié)點及利用鏈路轉發(fā)數(shù)據(jù)形成的邊集合。

(2)當且僅當節(jié)點x，y處于彼此傳輸范圍時，其間鏈路(x,y)∈E，且E中所有鏈路均是雙向的。

(3)節(jié)點在進行正常通信時，都以混雜模式工作，以便監(jiān)聽鄰居節(jié)點合作轉發(fā)數(shù)據(jù)包的情況。

(4)網(wǎng)絡中每個理性節(jié)點i在參與數(shù)據(jù)包轉發(fā)過程中，如該節(jié)點對收到的數(shù)據(jù)包進行轉發(fā)則稱其行為為合作行為，而該節(jié)點不接收數(shù)據(jù)包或不轉發(fā)數(shù)據(jù)包則稱其行為為自私行為。

(5)在數(shù)據(jù)包轉發(fā)聯(lián)盟博弈(簡稱“轉發(fā)聯(lián)盟博弈”)FCG＝(N,v)(Forwarding Coalitional Game)中，博弈過程的開始是從源節(jié)點src開始發(fā)送數(shù)據(jù)包，博弈過程的結束是在目的節(jié)點dest收到源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包為止。其中v為FCG聯(lián)盟所獲得的聯(lián)盟支付。

(6)FCG中的節(jié)點都是理性的，節(jié)點可以根據(jù)自己的收益情況來自行決定加入或退出網(wǎng)絡中形成的聯(lián)盟，但是節(jié)點都是為了使其所獲得的收益最大化為目的。

(7)FCG形成的聯(lián)盟博弈為非重疊聯(lián)盟博弈DFCG(Disjoint Forwarding Coalitional Game)，即網(wǎng)絡中的任何節(jié)點最終只能加入到一個聯(lián)盟中，并且聯(lián)盟之間不存在交叉重疊情況。此外，聯(lián)盟中的任何節(jié)點之間是相互合作的。

(8)在本發(fā)明中稱非重疊聯(lián)盟博弈為非轉移支付重疊聯(lián)盟(Non-transferable Utility Coalitional Game)，即該聯(lián)盟所獲得的聯(lián)盟支付不能被聯(lián)盟內(nèi)的所有節(jié)點進行任意轉移。

(9)在聯(lián)盟博弈DFCG＝(N,v)中，假設某一聯(lián)盟結構為η，η＝{S₁,...,S_M}，M為聯(lián)盟個數(shù)(1≤M≤N,M＝|η|)，對于如果S_j∈η，i≠j，S_i∩S_j＝φ。

隨著轉發(fā)聯(lián)盟博弈過程的逐漸演化，節(jié)點之間逐步形成了聯(lián)盟。假設存在一個聯(lián)盟根據(jù)S中所有節(jié)點參與轉發(fā)數(shù)據(jù)包的情況，給出S的特征函數(shù)計算定義如下：

其中，u_i(S)為節(jié)點i在聯(lián)盟S中的收益，u_i(S)包括節(jié)點i在參與數(shù)據(jù)包轉發(fā)過程中所產(chǎn)生的成本c_i(S)和節(jié)點i由于自身的合作轉發(fā)的積極性而獲得支付費用r_i(S)。因此，u_i(S)的具體計算公式如下：

u_i(S)＝α·r_i(S)-β·c_i(S)

其中，α和β表示為上述公式中c_i(S)和r_i(S)的權重參數(shù)，其中，0≤α≤1，0≤β≤1，α+β＝1。

在聯(lián)盟博弈DFCG＝(N,v)中，解決網(wǎng)絡中節(jié)點收益最大化通常都是通過尋找網(wǎng)絡中形成的穩(wěn)定的轉發(fā)聯(lián)盟結構來實現(xiàn)。在聯(lián)盟博弈中，轉發(fā)聯(lián)盟結構是由網(wǎng)絡中所有節(jié)點所形成的聯(lián)盟集合構成。因此，在DFCG＝(N,v)中，網(wǎng)絡中存在2^N-1個非空的聯(lián)盟。另外，假設網(wǎng)絡中存在的不同聯(lián)盟結構數(shù)為D_N，可以得出如下公式：

如前所述，DFCG中由于節(jié)點自身的理性，導致各節(jié)點可以根據(jù)自身的收益情況決定加入或退出當前所形成的聯(lián)盟。通過借鑒聯(lián)盟博弈的理論，如何在DFCG框架中，基于上述定義，遍歷尋找最優(yōu)轉發(fā)聯(lián)盟結構，即尋找最穩(wěn)定的轉發(fā)聯(lián)盟結構，使得轉發(fā)聯(lián)盟結構中的任何節(jié)點部不會加入或退出最優(yōu)的轉發(fā)聯(lián)盟結構。也就是說，在最優(yōu)轉發(fā)聯(lián)盟結構中，各個節(jié)點獲得的收益達到了最優(yōu)(即獲得的收益最大化)。下面詳細介紹本發(fā)明。

參閱圖1，圖1是本發(fā)明獲取基于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構的方法一實施方式的流程圖，該方法包括：

步驟S101：確定用于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的整個網(wǎng)絡G，其中，網(wǎng)絡G由N個理性節(jié)點構成，G為任意有向圖。

理性節(jié)點是指網(wǎng)絡中的節(jié)點加入到聯(lián)盟博弈中后，在其所分配所得到的支付至少比自身獨立執(zhí)行獲得的支付要好時，其傾向是加入到聯(lián)盟博弈中的節(jié)點。換句話來說，如果節(jié)點加入到聯(lián)盟博弈中后，其所分配所得到的支付至少比自身獨立執(zhí)行獲得的支付要好時，是傾向于加入到聯(lián)盟博弈中的，而不是傾向于脫離聯(lián)盟博弈中。

一個圖由一些小圓點(稱為頂點或節(jié)點)和連結這些圓點的直線或曲線(稱為邊)組成的，如果給圖的每條邊規(guī)定一個方向，表現(xiàn)出來就是有個箭頭指示方向，那么得到的圖稱為有向圖，其邊也稱為有向邊，節(jié)點只能單向通信或傳遞消息。

步驟S102：通過整個網(wǎng)絡G，確定網(wǎng)絡G中存在的非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合為其中η_x表示為網(wǎng)絡G中某一個包括N個所有節(jié)點的轉發(fā)聯(lián)盟結構，D_N表示為網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的數(shù)量，其中，其中，表示為從N-1個集合中取j個不重復的元素組成一個子集，而不考慮其元素的順序。

網(wǎng)絡中有多少個節(jié)點，可以確定出網(wǎng)絡中存在的有多少個不同聯(lián)盟結構的數(shù)量，可知網(wǎng)絡中存在的非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合規(guī)模。

例如：如圖2所示，圖2是基于離散時間的馬爾科夫鏈模型的一網(wǎng)絡的狀態(tài)遷移圖。網(wǎng)絡中有三個節(jié)點{1,2,3}，該網(wǎng)絡存在的非重疊的不同聯(lián)盟結構有：η₁＝{{1},{2},{3}}，η₂＝{{1,2},{3}}，η₃＝{{1,3},{2}}，η₄＝{{1},{2,3}}，η₅＝{1,2,3}。該網(wǎng)絡存在的非重疊的不同聯(lián)盟結構的數(shù)量為5個，因此，該網(wǎng)絡存在的非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合為：{η₁,η₂,η₃,η₄,η₅}。

步驟S103：以非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合作為離散時間的馬爾科夫鏈模型的狀態(tài)空間Ω＝{(η_x),x＝{1,...,D_N}}，基于離散時間的馬爾科夫鏈模型獲取網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。

馬爾可夫鏈是指數(shù)學中具有馬爾可夫性質的離散事件隨機過程。該過程中，在給定當前知識或信息的情況下，過去(即當前以前的歷史狀態(tài))對于預測將來(即當前以后的未來狀態(tài))是無關的。在馬爾可夫鏈的每一步，系統(tǒng)根據(jù)概率分布，可以從一個狀態(tài)變到另一個狀態(tài)，也可以保持當前狀態(tài)。狀態(tài)的改變叫做轉移，與不同的狀態(tài)改變相關的概率叫做轉移概率。

將非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合作為離散時間的馬爾科夫鏈模型的狀態(tài)空間，通過離散時間的馬爾科夫鏈模型，可以獲取網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。達到穩(wěn)定的轉發(fā)聯(lián)盟結構，網(wǎng)絡中的各個節(jié)點的收益達到最大化，才有可能使得網(wǎng)絡中的各個節(jié)點不愿意脫離本身的聯(lián)盟而加入另外的聯(lián)盟，因此，才能達到穩(wěn)定的轉發(fā)聯(lián)盟結構。通過這種方式，能夠為后續(xù)的解決Ad hoc網(wǎng)絡中節(jié)點的自私激勵問題提供理論方法和技術支持。

本發(fā)明實施方式確定用于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的整個網(wǎng)絡G；通過所述整個網(wǎng)絡G，確定所述網(wǎng)絡G中存在的非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合；以所述非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合作為離散時間的馬爾科夫鏈模型的狀態(tài)空間，基于所述離散時間的馬爾科夫鏈模型獲取所述網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。由于基于離散時間的馬爾科夫鏈模型獲取網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構，通過這種方式，能夠為后續(xù)的解決Ad hoc網(wǎng)絡中節(jié)點的自私激勵問題提供理論方法和技術支持。

其中，步驟S103中，基于離散時間的馬爾科夫鏈模型獲取網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構的步驟，包括：通過求解離散時間的馬爾科夫鏈模型的平穩(wěn)概率來獲取網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。

假設馬爾科夫鏈的初始值的分布是Pi,該鏈的轉移矩陣(transition matrix)是P，如果Pi*P＝Pi,那么Pi就是該鏈的平穩(wěn)分布。平穩(wěn)分布的概率即為平穩(wěn)概率。平穩(wěn)分布，表明網(wǎng)絡上的任何節(jié)點傾向留在本身的聯(lián)盟內(nèi)，而不是脫離本身的聯(lián)盟加入新聯(lián)盟，因此，此時的轉發(fā)聯(lián)盟結構是穩(wěn)定的。平穩(wěn)分布的概率越大，該平穩(wěn)分布對應的轉發(fā)聯(lián)盟結構越是穩(wěn)定，形成該轉發(fā)聯(lián)盟結構的概率也越大。

進一步，通過求解離散時間的馬爾科夫鏈模型的平穩(wěn)概率來獲取網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構的步驟，包括：

(1)確定離散時間的馬爾科夫鏈模型的轉移概率矩陣P，其中矩陣P中的每一個元素表示為P_η,η'，元素P_η,η'表示為所有節(jié)點形成的轉發(fā)聯(lián)盟

結構從η狀態(tài)到η狀態(tài)的轉移概率；

(2)通過轉移概率矩陣P計算獲得離散時間的馬爾科夫鏈模型的平穩(wěn)概率向量進而獲得網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。

馬爾科夫鏈的平穩(wěn)概率向量計算方法如下：

其中為單位向量，表示為轉發(fā)聯(lián)盟結構η_x可以形成的概率。

其中，元素P_η,η'的計算公式為：其中，C_η,η'表示為從當前的聯(lián)盟調整到新的聯(lián)盟中而導致轉發(fā)聯(lián)盟結構從η狀態(tài)到η′狀態(tài)對應網(wǎng)絡節(jié)點的集合，λ表示為網(wǎng)絡中任意節(jié)點自主做出調整決定的概率，表示為任意節(jié)點i由于從當前聯(lián)盟調整為新聯(lián)盟而導致轉發(fā)聯(lián)盟結構從η狀態(tài)到η′狀態(tài)的概率，的計算公式為：為節(jié)點i在聯(lián)盟中的收益，為節(jié)點i在聯(lián)盟中的收益，0<φ≤1，

其中，網(wǎng)絡中任何節(jié)點i獲得的平均收益如下：表示為轉發(fā)聯(lián)盟結構η_x可以形成的概率，u_i(S_i)表示為節(jié)點i在聯(lián)盟S_i中的收益。

一旦所有節(jié)點形成的轉發(fā)聯(lián)盟結構達到某一特定狀態(tài)(該狀態(tài)屬于吸收狀態(tài)集)，這些節(jié)點后續(xù)形成的其他轉發(fā)聯(lián)盟結構將永遠處于這個集合中。即當所有節(jié)點形成的轉發(fā)聯(lián)盟結構處于吸收狀態(tài)時，整個馬爾科夫鏈的狀態(tài)遷移過程將會結束，而此時所處的吸收狀態(tài)則為當前所有節(jié)點形成的穩(wěn)定的轉發(fā)聯(lián)盟結構。在這種穩(wěn)定的轉發(fā)聯(lián)盟結構中，沒有一個理性的節(jié)點愿意積極地改變自身的決定調整加入或退出形成新的聯(lián)盟結構，即當前任何節(jié)點處于穩(wěn)定的轉發(fā)聯(lián)盟結構時，所有節(jié)點所獲得的平均收益最大。

繼續(xù)參見圖2，其中，η₁為初始狀態(tài)，η₅為最終的吸收狀態(tài)。不同狀態(tài)之間遷移的有向邊表示狀態(tài)之間的遷移，而對應有向邊的權重表示為對應狀態(tài)之間遷移的轉移概率其中，i和j^{∈{1,2,3,4,5}}。

參見圖3，圖3是本發(fā)明獲取基于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構的裝置一實施方式的結構示意圖，需要說明的是，本實施方式的裝置可以執(zhí)行上述方法中的步驟，相關內(nèi)容的詳細說明，請參見上述方法部分，在此不再贅敘。該裝置包括：第一確定模塊101、第二確定模塊102以及獲取模塊103。

第一確定模塊101用于確定用于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的整個網(wǎng)絡G，其中，網(wǎng)絡G由N個理性節(jié)點構成，G為任意有向圖；

第二確定模塊102用于通過整個網(wǎng)絡G，確定網(wǎng)絡G中存在的非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合為其中η_x表示為網(wǎng)絡G中某一個包括N個所有節(jié)點的轉發(fā)聯(lián)盟結構，D_N表示為網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的數(shù)量，其中，

獲取模塊103用于以非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合作為離散時間的馬爾科夫鏈模型的狀態(tài)空間Ω＝{(η_x),x＝{1,...,D_N}}，基于離散時間的馬爾科夫鏈模型獲取網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。

本發(fā)明實施方式確定用于數(shù)據(jù)包轉發(fā)的整個網(wǎng)絡G；通過所述整個網(wǎng)絡G，確定所述網(wǎng)絡G中存在的非重疊的不同聯(lián)盟結構集合；以所述非重疊的不同聯(lián)盟結構的集合作為離散時間的馬爾科夫鏈模型的狀態(tài)空間，基于所述離散時間的馬爾科夫鏈模型獲取所述網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。由于基于離散時間的馬爾科夫鏈模型獲取網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構，通過這種方式，能夠為后續(xù)的解決Ad hoc網(wǎng)絡中節(jié)點的自私激勵問題提供理論方法和技術支持。

其中，獲取模塊具體用于通過求解離散時間的馬爾科夫鏈模型的平穩(wěn)概率來獲取網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。

其中，獲取模塊包括：確定單元和獲得單元。

確定單元用于確定離散時間的馬爾科夫鏈模型的轉移概率矩陣P，其中矩陣P中的每一個元素表示為P_η,η'，元素P_η,η'表示為所有節(jié)點形成的轉發(fā)聯(lián)盟結構從η狀態(tài)到η′狀態(tài)的轉移概率；

獲得單元用于通過轉移概率矩陣P計算獲得離散時間的馬爾科夫鏈模型的平穩(wěn)概率向量進而獲得網(wǎng)絡G中存在的不同聯(lián)盟結構的集合中的非重疊穩(wěn)定轉發(fā)聯(lián)盟結構。

其中，元素P_η,η'的計算公式為：其中，C_η,η'表示為從當前的聯(lián)盟調整到新的聯(lián)盟中而導致轉發(fā)聯(lián)盟結構從η狀態(tài)到η′狀態(tài)對應網(wǎng)絡節(jié)點的集合，λ表示為網(wǎng)絡中任意節(jié)點自主做出調整決定的概率，表示為任意節(jié)點i由于從當前聯(lián)盟調整為新聯(lián)盟而導致轉發(fā)聯(lián)盟結構從η狀態(tài)到η′狀態(tài)的概率，的計算公式為：為節(jié)點i在聯(lián)盟中的收益，為節(jié)點i在聯(lián)盟中的收益，0<φ≤1，

其中，網(wǎng)絡中任何節(jié)點i獲得的平均收益如下：表示為轉發(fā)聯(lián)盟結構η_x可以形成的概率，u_i(S_i)表示為節(jié)點i在聯(lián)盟S_i中的收益。

以上所述僅為本發(fā)明的實施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。