一种适用于稀疏和稠密多种VANETs场景的方法

摘要

本发明公开了一种适用于稀疏和稠密多种VANETs场景的方法。首先当VANETs稀疏时，针对稀疏的VANETs往往不存在端到端的连接，它能有效的激励了每个节点(VANETs中的车辆)相互合作，提高消息传递成功率，降低传递延时。当VANETs稠密时，ISSDV能使转发节点选择部分优质节点转发消息，有效的控制转发节点数量，减少网络中的冗余包，同时保证了网络的连通性，提高传递成功率。本发明的激励机制在解决节点转发消息自私问题下，能够很好的适应VANETs中节点的快速移动性、变化的网络密度、以及拓扑变化频繁和网络分割等实际问题，使得提出的机制能够被真正的实施并且实际可行。

主权项

1.一种适用于稀疏和稠密多种VANETs场景的方法，该方法包括四个主要部分：VANETs模型、构建消息转发联盟博弈模型、收益分配、博弈有核的充分条件；其特征在于如下步骤：(1)  建立VANETs模型建立一种VANETs，包括基础设施和智能车辆，这些车辆安装有通信设备、GPS；VANETs中，消息直接或通过转发传到目的地；另外，VANETs中还有一个全局控制处理中心GCPC，节点通过基础设施与GCPC连接；GCPC来决定VANETs消息传输中每个节点的信誉和收益的分配，这种分配依赖于节点提交的票据、meet报告和DLO报告，只要节点接收或转发一次消息，就产生一个meet报告和DLO报告，并保存票据；GCPC给每个节点分发证书；节点不需要一直与GCPC保持连接，节点只需临时保存票据和报告，票据和报告能通过基础设施转发给GCPC；票据是由源节点产生并随消息一起传递的一个很小的加密标识，用key(M)表示；票据用来识别中间节点是为哪个消息参与消息传递行为；DLO报告是节点每次转发消息时，对接收消息的节点的O_i值报告，方便GCPC计算收益；(2)  构建消息转发联盟博弈模型联盟博弈(N,v)，其中N是参与者，是VANETs中消息传递过程中，用到的所有节点的集合，分为两类：只接收消息的节点，称为Rnode；既接收消息，也转发消息的节点，称为RFnode；v是为每个联盟分配联盟收益的函数，联盟S的收益v表示如下：v(S)=q·Rn(S)+c(S)·Dn(S)+w·p(s)  (1) 其中，q是节点提交报告记录的单位奖励，Rn(S)是提交的记录总数，c(S)是成功传递消息到目的地的单位奖励，Dn(S)是成功传到目的节点的消息数，w是中奖奖励，p(s)是联盟S中所有参与者的中奖概率；(3)  收益分配首先进行节点分类，根据车辆的位置和运动方向把车辆的邻节点划分为四类，用O_i表示，分别为O_i=1，O_i=2，O_i=3，O_i=4；O_i值越大，表示邻节点i转发消息越利于消息传递到目的节点；然后根据网络中的两类节点分别进行收益分配：①中间节点收益分配$\begin{array}{c}{U}_i=c_1·\underset{j=0}{\overset{{\mathrm{Nm}}_r\left(i\right)}{\Sigma }}(1/n_r(i,j))+c_2·\underset{l=0}{\overset{n_{\bar{\rho }}\left(i\right)}{\Sigma }}(\underset{k=0}{\overset{z}{\Sigma }}{O}_k-a·\frac{e·\underset{z+1}{\overset{n_i\left(l\right)}{\Sigma }}{O}_k}{{\mathrm{Nn}}_i\left(l\right)-0.5·|n_i\left(l\right)-\bar{\rho }|+1})\\ +q·\mathrm{Rn}\left(i\right)+w·p\left(i\right)\forall i\ne \mathrm{src}.\end{array}---\left(2\right)$②源节点收益分配$\begin{array}{c}{U}_{\mathrm{src}.}=c\left(N\right)·\mathrm{Dn}\left(N\right)-(c_1·\underset{i=0}{\overset{N-\{\mathrm{src}.\}}{\Sigma }}\underset{j=0}{\overset{N{m}_r\left(i\right)}{\Sigma }}(1/n_r(i,j))\\ +c_2·\underset{i=0}{\overset{N-\{\mathrm{src}.\}}{\Sigma }}\underset{l=0}{\overset{n_{\bar{\rho }}\left(i\right)}{\Sigma }}(\underset{k=0}{\overset{z}{\Sigma }}{O}_k-a·\frac{e·\underset{z+1}{\overset{n_i\left(l\right)}{\Sigma }}{O}_k}{{\mathrm{Nn}}_i\left(l\right)-0.5·|n_i\left(l\right)-\bar{\rho }|+1})+w·\underset{i=0}{\overset{N-\{\mathrm{src}.\}}{\Sigma }}p\left(i\right))\end{array}---\left(3\right)$其中，src.表示源节点，是接收一个消息副本的奖励，c₂是转发一个消息副本的奖励，Nm_r(i)是节点i接收的消息副本数，Rn(i)是节点i提交的报告数，n_r(i,j)是给节点i发送消息的节点j的邻节点数，p(i)是节点i的中奖概率，O_k是中间节点i的邻节点k的位置信息，n_i是节点i从邻节点中挑选出的接收消息的节点数量，Nn_i(l)是i在第l次消息转发决定时它的邻节点总数，时，z=n_i(l)，a=0；否则，a=1，当时，e=0；否则，e=1，是VANETs疏密划分门槛值，是节点i进行消息转发决策的次数；通过合理的收益分配，激励自私节点合作转发消息；(4)  博弈有核，其充分条件是：$\left\{\begin{array}{c}c\left(S\right)=\underset{i\in S}{\Sigma }\mathrm{Nm}\left(i\right)+\underset{i\in S}{\Sigma }(4·\bar{\rho }))/({\mathrm{Nm}}_r+4n_{\bar{\rho }}·\bar{\rho })\\ \max (c_1,c_2)=(\mathrm{Dn}\left(N\right)-w)/(N{m}_r+4n_{\bar{\rho }}·\bar{\rho })-ϵ\\ c_2\ge c_1\ge 0\end{array}\right.,\mathrm{if\; Dn}\left(N\right)>0---\left(5\right)$机制的收益分配在核里，保证联盟博弈能获得一个稳定联盟，表示激励机制有稳定解。