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個移動節(jié)點之間首先進行信息共享，基于博弈中的聚合?分裂原則計算聯(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節(jié)點進行數(shù)據(jù)廣播；通過聚合?分裂原則，擁有全部數(shù)據(jù)的移動節(jié)點作為發(fā)送節(jié)點，與其它需要數(shù)據(jù)的移動節(jié)點形成新的聯(lián)盟以發(fā)送所擁有的全部數(shù)據(jù)信息；在聯(lián)盟內(nèi)，當出現(xiàn)一些不在發(fā)送節(jié)點的通信范圍內(nèi)的移動節(jié)點時，通過在通信范圍內(nèi)的節(jié)點做中繼節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送節(jié)點的信息，這樣使得聯(lián)盟內(nèi)所有移動節(jié)點都能夠接收到信息。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間延遲。
【背景技術(shù)】
[0002] 無線網(wǎng)絡(luò)中的移動節(jié)點，如無人機、汽車等，由于具有較快的移動性或者是當其移 動到距離基站的距離較遠時，運些移動節(jié)點之間可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(如無人機勘察到的信息、車輛了解的 路況等)進行共享。在現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)中，移動節(jié)點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。
[0003] 運種方式的局限性在于由于移動節(jié)點的快速移動性，移動節(jié)點經(jīng)過基礎(chǔ)設(shè)施的時 間較短，運樣不能保證移動節(jié)點可W獲得全部的信息。另一方面，當移動節(jié)點不在基站的覆 蓋范圍內(nèi)時，數(shù)據(jù)傳遞則不能進行。運些都增加了信息共享所需要的時間，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)中移動節(jié)點之間的相互通信相結(jié)合，從而有效的實現(xiàn)移動節(jié)點之間的 信息共享，減少通信過程中的時延，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個移動節(jié)點之間首先進行信息共享，基于博弈中的聚合-分裂原 則計算聯(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 息的移動節(jié)點進行數(shù)據(jù)廣播；
[000引通過聚合-分裂原則，擁有全部數(shù)據(jù)的移動節(jié)點作為發(fā)送節(jié)點，與其它需要數(shù)據(jù)的 移動節(jié)點形成新的聯(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)，當出現(xiàn)一些不在發(fā)送節(jié)點的通信范圍內(nèi)的移動節(jié)點時，通過在通信范 圍內(nèi)的節(jié)點做中繼節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送節(jié)點的信息，運樣使得聯(lián)盟內(nèi)所有移動節(jié)點都能夠接收 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，將其應用于無線網(wǎng)絡(luò)中移動節(jié)點之間信息的傳遞，解決了移動節(jié)點 之間的信息共享時間延遲較大問題。本發(fā)明可W使得所有移動節(jié)點在較短時間內(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)點最初始的狀態(tài)。
[0014] 圖3為擁有不同信息的移動節(jié)點之間相互傳遞數(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節(jié)點之間相互傳遞數(shù)據(jù)，使得每個移動節(jié)點 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)的移動節(jié)點向其它移動節(jié)點傳遞信息的示意圖。
[0017] 目P，擁有全部數(shù)據(jù)的每個移動節(jié)點與沒有數(shù)據(jù)包的其它移動節(jié)點形成新的聯(lián)盟， 向其它移動節(jié)點傳遞信息，使所有新聯(lián)盟內(nèi)移動節(jié)點獲得所有數(shù)據(jù)信息。
【具體實施方式】
[0018] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面對本發(fā)明實施方式作進一步 地詳細描述。
[0019] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，本發(fā)明實施例將合作博弈的技術(shù)應用于無線網(wǎng)絡(luò)中 移動節(jié)點之間的通信，該應用不僅可W增加移動節(jié)點之間通信的可靠性而且可W減小移動 節(jié)點之間信息傳輸所用的時間。
[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 參與者形成獨立不相交的小聯(lián)盟。如果小聯(lián)盟內(nèi)每個參與者的效益合理分配，會形成穩(wěn)定 的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)。
[0022] 實施例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個移動節(jié)點之間首先進行信息共享，基于博弈中的聚合-分 裂原則計算聯(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 分信息的移動節(jié)點進行數(shù)據(jù)廣播；
[0026] 103:通過聚合-分裂原則，擁有全部數(shù)據(jù)的移動節(jié)點作為發(fā)送節(jié)點，與其它需要數(shù) 據(jù)的移動節(jié)點形成新的聯(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)，當出現(xiàn)一些不在發(fā)送節(jié)點的通信范圍內(nèi)的移動節(jié)點時，通過在通 信范圍內(nèi)的節(jié)點做中繼節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送節(jié)點的信息，運樣使得聯(lián)盟內(nèi)所有移動節(jié)點都能夠 接收到信息。
[0028] 綜上所述，本發(fā)明實施例將基于形成合作博弈的低傳輸延遲信息共享方法，應用 于無線網(wǎng)絡(luò)中移動節(jié)點之間信息的傳遞，解決了移動節(jié)點之間的信息共享時間延遲較大問 題。本發(fā)明實施例可W使得所有移動節(jié)點在較短時間內(nèi)獲得全部信息，并提高了信息獲得 的可靠性。
[0029] 實施例2
[0030] 下面結(jié)合具體的計算公式、圖2、圖3和圖4對實施例1中的方案進行詳細的介紹，該 信息共享方法基于合作博弈理論的無線網(wǎng)絡(luò)中移動節(jié)點之間的通信模型，模型參見圖2,詳 見下文描述：
[0031] 201:擁有部分信息的N個移動節(jié)點（如圖2中節(jié)點1-4)之間首先進行信息共享，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，最初的移動節(jié)點所擁有數(shù)據(jù)不相同，利用形成合作博弈理論，移動節(jié)點之間 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3、 4)，并向其它含有部分信息的移動節(jié)點（如圖2中節(jié)點1、2)進行數(shù)據(jù)廣播，運樣移動節(jié)點（如 圖2中節(jié)點1-4)擁有全部信息；
[0034] 參見圖2,在初始的情況下，移動節(jié)點1-4在移動過程中獲得一些信息，需要將彼此 擁有的信息進行共享，得到一個完整的信息。在得到完整的信息后，它們將運些信息傳遞給 節(jié)點5-9,使得該區(qū)域中的移動節(jié)點都具有運些信息。
[0035] 203:通過聚合-分裂原則，擁有全部數(shù)據(jù)的移動節(jié)點作為發(fā)送節(jié)點（如圖3中節(jié)點 2、4)，與其它需要數(shù)據(jù)的移動節(jié)點形成新的聯(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)，當出現(xiàn)一些不在發(fā)送節(jié)點的通信范圍內(nèi)的移動節(jié)點時，可W通過 在通信范圍內(nèi)的節(jié)點做中繼節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送節(jié)點的信息，運樣使得聯(lián)盟內(nèi)所有移動節(jié)點都 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，移動節(jié)點3和移動節(jié)點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，向其它的移動節(jié)點廣播信息。重復W上過 程，直至移動節(jié)點1-4都擁有了全部的信息。
[0038] 參見圖4,當移動節(jié)點1到4擁有全部的信息時，移動節(jié)點1到4將運些信息傳遞給其 它的移動節(jié)點，也就是圖中發(fā)送節(jié)點將信息傳遞給接收節(jié)點。當接收節(jié)點（如節(jié)點7、9)不在 發(fā)送節(jié)點（如節(jié)點2、4)的通信范圍內(nèi)時，采取聯(lián)盟的方式解決運個問題。運些移動節(jié)點形成 聯(lián)盟，聯(lián)盟中需要含有至少一個含有信息節(jié)點，通過聚合-分裂原則，不斷地進行迭代，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（如節(jié)點6、節(jié)點8)將信息傳遞給不在發(fā)送節(jié) 點范圍內(nèi)的節(jié)點。最終，達到信息共享的目的。
[0039] 其中，信息傳輸系統(tǒng)如圖2、3所示:N個移動節(jié)點彼此具有不同的信息，根據(jù)步驟 20U202實現(xiàn)N個移動節(jié)點之間形成小聯(lián)盟，實現(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個移動節(jié)點。
[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)點的收益函數(shù) 為
[0041]
[00創(chuàng)其中，目是價格因子;X表示給定的信息共享機制;px(t)=EiE0| Γι|表示當前時隙 擁有數(shù)據(jù)包的總數(shù)；Ω表示擁有信息的移動節(jié)點的數(shù)量;i表示移動節(jié)點；Γ1表示移動節(jié)點 i擁有的信息;x(t)=px(t)-px(t-l)表示當前時隙成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包的數(shù)量;px(t-l)為上 一個時隙擁有數(shù)據(jù)包的總數(shù)。
[0043] 節(jié)點傳遞信息需要的代價表示為W :
[0044]
(2)
[0045] 其中，ξ為代價系數(shù)；|S|為聯(lián)盟大??；因此，聯(lián)盟的價值函數(shù)為：
[0046] Vi(S)=U(S)-C(S) (3)
[0047] 其中，步驟203、204中聯(lián)盟的價值函數(shù)為W :
[004引
（4)
[0049] 其中，βε(〇，1)是關(guān)于吞吐量-延時的參數(shù);Pi,J是數(shù)據(jù)包從j節(jié)點到i節(jié)點的成功 傳輸?shù)母怕?di,j是接收節(jié)點
與發(fā)射節(jié)點j之間的距離；|v|是接收節(jié)點與發(fā)射節(jié)點的相 對速度;Ls是平均吞吐量，|S|表示聯(lián)盟中移動節(jié)點的數(shù)量。
[0050] 綜上所述，本發(fā)明實施例將基于形成合作博弈的低傳輸延遲信息共享方法，應用 于無線網(wǎng)絡(luò)中移動節(jié)點之間信息的傳遞，解決了移動節(jié)點之間的信息共享時間延遲較大問 題。本發(fā)明實施例可W使得所有移動節(jié)點在較短時間內(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理解附圖只是一個優(yōu)選實施例的示意圖，上述本發(fā)明實施例 序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。
[0052] W上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，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、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
[0化3] 參考文獻；
[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】
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個移動節(jié)點之間首先進行信息共享，基于博弈中的聚合-分裂原則計 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 移動節(jié)點進行數(shù)據(jù)廣播； 通過聚合-分裂原則，擁有全部數(shù)據(jù)的移動節(jié)點作為發(fā)送節(jié)點，與其它需要數(shù)據(jù)的移動 節(jié)點形成新的聯(lián)盟以發(fā)送所擁有的全部數(shù)據(jù)信息； 在聯(lián)盟內(nèi)，當出現(xiàn)一些不在發(fā)送節(jié)點的通信范圍內(nèi)的移動節(jié)點時，通過在通信范圍內(nèi) 的節(jié)點做中繼節(jié)點來轉(zhuǎn)發(fā)發(fā)送節(jié)點的信息，這樣使得聯(lián)盟內(nèi)所有移動節(jié)點都能夠接收到信 息。
【文檔編號】H04W40/22GK106060836SQ201610412468
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】付曉梅, 付偉伊, 趙夢微
【申請人】天津大學