一种社交信任度感知的协作无线网络数据传输方法技术

技术编号:21204844 阅读:43 留言:0更新日期:2019-05-25 02:43
本发明专利技术涉及一种社交信任度感知的协作无线网络数据传输方法,旨在利用节点社交信任度及无线信道状态,提出了一个新颖的分析框架去建模数据传输过程,以此获知社交信任度影响下的CWN网络性能,如端到端传输能力。首先考虑节点之间的基本关系,即节点影响度和信任度;进而,利用社交信任度分析数据传输行为,得到数据成功传输概率;最后,基于社交信任度和信道状态,分析数据传输过程,推导出了平均端到端传输能力。与现有数据传输方法相比,本专利提出的方法能够充分地考虑节点社交信任以及信道状态变化,利用节点有限的存储资源,有效提高数据成功投递率,降低网络平均时延和网络负载率,提高网络性能。

A Data Transmission Method for Cooperative Wireless Networks Based on Social Trust Perception

The present invention relates to a cooperative wireless network data transmission method based on social trust awareness, aiming at utilizing social trust and wireless channel state of nodes, and proposes a novel analysis framework to model data transmission process, so as to know the performance of CWN network under the influence of social trust, such as end-to-end transmission capability. Firstly, the basic relationship between nodes is considered, i.e. the influence and trust degree of nodes. Then, the data transmission behavior is analyzed by social trust degree, and the probability of data transmission is obtained. Finally, based on social trust degree and channel state, the data transmission process is analyzed, and the average end-to-end transmission ability is deduced. Compared with the existing data transmission methods, the method proposed in this patent can fully consider the social trust and channel state changes of nodes, make use of the limited storage resources of nodes, effectively improve the data delivery rate, reduce the average network delay and network load rate, and improve network performance.

【技术实现步骤摘要】
一种社交信任度感知的协作无线网络数据传输方法
本专利技术涉及无线网络领域,尤其涉及协作无线网络中的数据传输。
技术介绍
随着移动设备的大量普及,无线网络已经成为当今最为活跃的研究热点之一。区别于传统的有线网络,无线网络的传输媒介具有开放性和共享性,终端节点采用无线电技术进行数据传输,使得人们在连接网络时更加方便和自由。然而,受到无线网络频谱资源紧缺和节点快速移动等特性的影响,在数据传输过程中源节点和目的节点之间的端到端路径时常处于间断连接状态,在大多数情况下源节点无法将数据直接传输至目的节点。为了避免链路断裂所导致的数据传输中断问题,国内外研究人员提出了协作无线网络(CooperationWirelessNetwork,CWN)体系架构,其核心思想在于利用无线网络中多个节点之间的相互协作,实现传输路径共享,以提高整个网络的传输能力,保证数据传输的可靠性。显然,在CWN中数据传输的可靠性和高效性是关键问题。为了成功将数据传输至目的节点,可充分利用节点间的相遇机会,以“存储-携带-转发”的方式进行数据的协作传输,因此中继节点的传输能力对数据传输成功率以及网络资源利用率的优化至关重要。通常,针对CWN架构下的传输能力分析过程假设节点之间的连接服从随机均匀分布,然而,实际测量表明,节点运动过程并非如此,而是受到社会属性影响,具有较强的规律性,即相同或相似兴趣的节点之间的交互更加频繁,也更愿意为彼此提供传输服务。对于CWN的数据传输性能,现有研究成果证实其受到多个因素的影响,如网络密度、节点移动性、信道状态等。一般地,对物理层参数进行修改可以提高数据传输性能,此外,CWN中节点的社会关系也扮演了重要角色,尤其在选择中继节点这方面更明显。因此,在数据传输过程中,中继节点的选择不仅需要考虑物理层因素,还需要分析节点间社会关系对它的影响。随着多媒体实时业务的广泛应用,传输能力对于评估网络的业务承载能力至关重要,直接影响数据传输的速率以及用户的体验(QoE)。因此,本专利在分析社会属性影响的前提下,对传输能力进行定量分析。目前,国内外针对CWN数据传输方法做出了相关研究,其中,一种单链路协作通信的传输能力评估方法,对中继节点的选择过程进行了深入分析,但是并未考虑节点的社会属性,无法达到最优的传输性能,且该方法会产生较大的计算和能量开销,不适用于资源有限的协作无线网络中。一种利用随机网络演算将单链路数据传输过程转化为串行服务过程的方法,推导出了多跳无线网络中传输能力的上下界,然而忽略了节点间的交互过程。这些方法在量化和推导传输能力时未能全面分析社会属性的影响情况,因此,为了进一步优化网络性能,提高数据传输的效率和可靠性,应考虑节点社会属性对数据传输能力的影响。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题:在协作无线网络中,由于受到设备的通信范围和能量限制,源节点和目的节点可能无法直接通信,有时数据需要经过其他节点多次协作传输。根据副本数量可将传输策略分为单副本传输和多副本传输,前者只占用少量资源就可以实现传输,但效率不高;而后者正好与之相反。针对上述问题,为有效保证CWN中数据传输的可靠性和高效性,以及社会属性对数据传输的影响,同时考虑到无线网络资源十分有限,单副本传输方式可以有效降低网络资源消耗,以单副本传输方式为模型,提出了一种社交信任度感知的协作无线网络数据传输方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案:利用节点间社会属性建立了数据传输模型。在此模型中,社会属性从影响度和信任度两个维度进行分析和量化,并分析节点间交互行为,量化节点的数据传输概率以及接收概率,获知数据传输过程的成功传输概率和平均丢包率。利用幂律分布对节点间相遇间隔时间进行建模,在此模型中,节点的社会属性被考虑和分析,节点间平均相遇间隔时间被评估;然后,根据数据重传机制,评估数据在信道中的持续传输时间;进而,根据信道状态和节点的影响度,获知信道空闲的期望等待时间。最终,建立CWN的数据传输过程模型,根据此模型,可以评估任意两点间的传输能力,进而,利用多跳的中继节点选择过程的特性,推导出源节点到目的节点的平均传输能力的闭合表达式。CWN中数据传输过程如下所述。若源节点S能与目的节点D通信,则直接传输数据;否则,S选择网络中合适的邻居节点作为中继节点;其次,后续的数据传输过程分为两种情况:一是中继节点在移动过程中与D相遇,此时直接传输数据,二是中继节点遇见比自身更适合传输数据的节点,并基于社会属性选择该节点作为下一跳中继节点,以增强传输效率和可靠性;然后,与前一过程相同,每个中继节点都可以选择更适合的邻居节点作为中继;当中继节点在某一时刻可以和目的节点直接通信,则中继节点将数据传输给目的节点,当数据传输完成后整个传输过程结束。此外,由于节点间的动态关系和不稳定的信道状态,数据不能保证一次就传输成功。为了保证数据的完整传输,需要对传输失败的数据进行重传处理,其基本的描述如下。一般地,当无线信道空闲时,节点开始发送数据包。在数据包成功传输后,信道再次变为空闲状态,此时节点可以继续发送新的数据包。然而,由于无线信道具有较强的瞬时特性,数据传输过程可能会被打断,最终导致传输失败。当数据传输失败后,需要按照数据重传机制等待一个随机的退避时间后重新发送,当退避时间降至0时,可以再次请求无线信道发送数据包。直到所有数据包成功发送到接收节点,节点之间的数据传输过程被完成。附图说明图1数据多跳传输流程图。图2数据重传机制。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术的实施做具体的描述。本专利技术提出了一种社交信任度感知的协作无线网络数据传输方法,包括以下步骤:节点社交信任度量化,数据传输行为评估,评估数据传输能力,完成数据传输过程。具体包括以下步骤:1.节点社交信任度量化本专利技术将节点影响度和节点间信任度两个指标作为评估节点社会属性的关键参数。(1)节点影响度由节点的邻居数量和交互的比特数决定。影响度Ii可以反映出节点选择合适中继节点的机会,由式(1)表示,其中di是节点i的邻居节点数,是节点i和其第h个邻居节点在历史时间内的交互信息比特量。节点的邻居节点越多,与其交互的信息比特量越高,则该节点的影响度越强。(2)节点间信任度确保数据稳定可靠地被目的节点接收。本专利技术利用两节点i和j间的交互频率来表示信任度,如式(2)所示,其中Γ(i,j)表示节点j为节点i传输数据的历史交互次数,Γ(i)和Γ(j)分别表示节点i和j为所有节点传输数据的历史交互次数。在数据多跳传输过程中,如图1所示,为了保证数据传输的高效率和低延迟,选择的中继节点必须满足一定条件。首先接收节点j的影响度要大于发送节点i的影响度;其次节点j和节点i的信任度要大于节点i和其邻居节点的平均信任度,以防止恶意节点丢弃、篡改或伪造数据;此外节点j和目的节点D的信任度要大于节点i和目的节点D的信任度。因此中继节点的选择规则可以表示为2.数据成功传输概率评估本专利技术利用节点社会属性对数据传输行为进行分析,主要表现在两个方面。一是发送节点i是否正常传输数据给接收节点j的概率,用传输概率prs(ij)表示。二是接收节点j是否有足够的缓存空间存储数据,用接收概率prr(ij)表示。在传输概率评估中,本专利技术首先利用信任度获得节点j在节点本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种社交信任度感知的协作无线网络数据传输方法,由节点社交信任度量化、数据传输行为评估、数据传输过程组成,其特征在于,选取影响度和信任度衡量节点社会属性,制定中继节点选择规则,分析数据传输行为并利用社会属性获得数据成功传输概率,根据社交信任度和信道状态评估数据传输时延,并按照中继选择规则完成数据多跳传输。

【技术特征摘要】
1.一种社交信任度感知的协作无线网络数据传输方法,由节点社交信任度量化、数据传输行为评估、数据传输过程组成,其特征在于,选取影响度和信任度衡量节点社会属性,制定中继节点选择规则,分析数据传输行为并利用社会属性获得数据成功传输概率,根据社交信任度和信道状态评估数据传输时延,并按照中继选择规则完成数据多跳传输。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,社交信任度量化具体为:节点依据其邻居节点数量及其交互的比特量,量化节点影响度,且呈现正比现象,而节点间信任度由为彼此进行数据传输的比率作为两节点的交互频率表示,交互频率越高,节点间交互意愿和信任程度也随之增加。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,中继节点选择规则具体为:为保证数据传输过程中的可靠性和高效性,被选择的中继节点需满足以下三个条件,也就是说,被选择的中继节点j的影响度Ij要大于当前携带节点i的影响度Ii,节点j与携带节点i的信任度Tij不小于携带节点...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴大鹏刘丙旭王汝言甄岩杨鹏
申请(专利权)人:重庆邮电大学
类型:发明
国别省市:重庆,50

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