文摘

移动ad hoc网络形成自发地使用无线节点之间的沟通媒介。这种类型的网络中每个节点是自己的权威和不可预知的行为。这些特性包括一个合作的挑战,已经在先前的建议与解决方法基于虚拟货币。在这个工作中,这些方法已经在NS-2模拟和结果分析,表明几个弱点。特别是,它已经得出结论,存在方法不提供重要的进步与网络相比没有任何机制来促进合作。因此,这项工作提出了三个新的提议,试图解决这些问题。结果表明,新方案提供明显改善了以前的基于虚拟货币计划。

1。介绍

移动ad hoc网络(MANET)由一群自发形成一个无线网络的移动设备。马奈涉及面临着许多不同的安全挑战主要是因为每个节点代表自己的权威和已为主要目标的最大化效益从网络。这涉及到节点试图拯救自己的电池,尽管这可以降低网络性能和连接。

马奈没有任何固定的基础设施或集中管理允许遥远的节点间的通信。因此,中间节点转发节点,提供其他目的地的途径。此外,由于电池限制节点通常有能量限制,导致一个困难的问题如果他们决定拯救自己的电池,不要转发别人的包,因为这可能扰乱正常的网络功能。因此,没有理由存在假设节点将相互合作提供服务。事实上,用户可以修改节点的硬件和软件,使他们的行为只修改来满足自己的目的。因此,这里使用的假设是所有节点自私和尝试使用其他节点没有提供他们的服务。由于这个原因,在manet合作鼓励是必不可少的工具,通信可以成为不可行不合作。

这项工作地址的问题非合作的节点在manet的存在。它包含以前的解决方案的研究,提出了新的合作执行的工具。特别是,它包括几个结果从许多模拟马奈的动态源路由(域)的合作协议和不同的工具执行。

本文组织如下。部分2介绍了manet的合作问题通过一个简短的文献回顾。一些先前的提议中所描述的部分3和他们的缺点进行了分析4。然后,提出了新的以信用为基础的工具5。部分6包括一个绩效评估通过分析的结果从许多NS-2模拟。最后,一些结论中提到的部分7。

2。预赛

马奈的主要特征是,设备执行数据包转发(1,2]。这个功能通常与经典的网络,路由器在数据包到达遥远的节点通过中间节点。

马奈背后的想法是,网络没有基础设施可以增加他们的机动性和规模在快速和有效的方法,但是,为了正常工作,它需要节点间的合作。两种主要的方法来执行合作可以参考文献中找到。

第一种方法是基于机制,节点接收支付如果他们帮助传播别人的包。作品(3,4]介绍了虚拟货币的概念和服务费用。他们的方法包括两个模型:包钱包和包贸易。在第一个模型发送发送者被指控,在第二个,中间节点贸易每个数据包和接收方支付整个数据传输。同样的分析(5)的使用虚拟货币来实现对用户参与包转发的奖励。摘要(6)提出了一种确定的方式转发服务的价格来阻止在manet自私的行为。最后,作品(7,8包括几个的价格体系的分析,能防止受骗的计划和安全的支付系统执行合作数据包转发。

第二种方法结合了声誉的概念基于质量的经验,用不同的策略来检测和惩罚。这些方法使用的声誉系统来识别和惩罚自私节点,以减轻路由的不当行为。的第一个基于声誉机制被称为监督和Pathrater [9),基于回报的方案,而不是惩罚。声誉系统称为核心(10使用监督和Pathrater机制。另一种方法称为知己(11,12)旨在检测和隔离非合作的节点。其他机制,如海洋提出了调用的方法(13和描述的声誉广播14),有严重的局限性,因为它们降低网络的可靠性和性能。一方面,在海洋第二次机会机制不合并,所以故障节点不能重建恢复时间问题时他们的声誉。另一方面,声誉广播包括洪水,所以它可以产生高开销,并且长时间的延迟。最后,工作(15)提出了一种声誉系统称为Account-Aided声誉管理,构建一个层次位置感知的分布式哈希表操作的声誉和价格系统的基础设施。

3所示。基本的和没有信用模型

本文仿真的基本模型被用来举例说明网络中节点的行为没有合作机制。这个基本模型已经实现,允许一个完整的比较研究现有的和拟议的模型。

非基本合作模式分析了工作分为两组:没有信用模型,使用虚拟金币,每跳是基于固定费用和信贷模型,从先前的研究模型,以纠正他们的一些缺点通过增加信贷的概念。第一个模型是描述在这一节中,第二个是在下一节中定义的。

为了确保noncounterfeiting和非法修改的硬币包,所有非基本模型假设防干扰机制的存在。

3.1。基本模型

这个模型是一个基本的方法对网络中的节点行为的研究没有合作机制。在这个模型中,每次一个源节点发送数据包传输,当负责中间节点转发数据包接收他们,他们决定是否转发。

本文假定每个节点有一个有价值的和有限的资源,这是它的电池,,,在此基础上,它决定转发数据包。因此,理性行为假设的节点,这样他们决定合作转发数据包时能量水平很高。这里,能量水平被认为是高超过50%。因此,如果节点能量水平低于50%,他们认为一个自私的行为和拒绝所有收到的数据包。这50%的水平在这里称为自私阈值。图1(一)显示了行为基本模型中的节点根据其能级,这自私的阈值。

3.2。没有信用模型

模型不是基于信用的特点是要求硬币支付节点之间的货运服务。一般来说,该模型定义了一个与所有节点包贸易业务属于源目的地路径,代表一个更基本的改进方法,建立了一个硬币每跳一个固定的费用。

这些模型假设一个理性行为做出决定的任何节点转发或删除数据包,根据以下:(我)如果它的能量水平低于25%,它滴所有数据包。这个所谓的自私次极限阈值是固定的25%因为所有节点都假定理性行为,当一个节点的电池达到25%,它应该保存电池为其个人使用而不是转发别人的包。(2)当能量水平高于这个次极限自私阈值(25%),但低于自私阈值(50%),节点决定基于电池的水平和其他因素如硬币的数量和要发送的数据包的数量。这个决定是不同的在每个下面描述的三个变体之一。(3)一个能级高于50%的自私阈值意味着节点转发数据包。

图1 (b)示意图显示上述行为的节点根据其能量水平没有信用模型。

三种不同变体的没有信用模型定义如下。

3.2.1之上。Source-Pay模型(SPM)

在这个模型中,每个中间节点挣金币转发信息,和电荷的转发成本是直接从转发数据包。因此,当一个源节点发送一个数据包,它应该插入一个足够数量的硬币到达目的地。硬币,每个中间节点的数量取决于固定数量的来源。在实现,这个数设置为1,根据提出的建议(5)称为包钱包模型与固定每跳的指控。该模型的一个基本问题是硬币的数量的估计源必须插入数据包到达目的地。如果源高估了这个初始数量的硬币,它就失去了硬币,但如果它低估了它,它就失去了插入硬币和包。为了试图解决这个问题,可以使用的信息产生的DSR协议的使用。每个节点在路由协议存储路由缓存所有的发现航线网络,在它的生命周期,这样就可以计算出所需要的跳数达到许多目的地和,因此,必须插入硬币的数量来达到他们。然而,这些数据没有可供使用的数据包DSR路由发现协议。因此,在这种情况下,有必要高估硬币的数量根据网络中节点的数量,以便源总是插入一个足够数量的硬币,确保数据包到达目的地。本文模拟完成,每个节点使其决定转发或删除数据包后不仅考虑其能级还拥有硬币和估计要发送的数据包数量。特别是,当其能级高于次极限自私自私阀值(25%)和低于阈值(50%),它决定是否转发或放弃其他数据包根据电池电量和要发送的数据包的数量。如果硬币的数量低于或等于所需的一个发送的数据包数量,节点的自私行为和其他滴包。 Else, it forwards others packets.

3.2.2。Destination-Pay模型(DPM)

这个模型是基于包的贸易模式3,4),每个中间节点的路径转发数据包的接收硬币。提议,源节点不支付发送数据包,而是目的地节点负责覆盖包重传的总成本。因此,包旅行没有任何硬币。在原始数据包贸易模型中,每个数据包总是nonfixed价格卖给邻居。然而,在我们的提议,每个中间节点决定邻国有足够的金币来购买它,如果是这样,包总是卖一个硬币时多买了。否则,它被删除。因此,上述问题的DSR路由发现消失了因为DSR数据包发送给他们的邻居节点,如果至少有一个邻居,他可以支付费用,包被发送。当数据包到达目的地,其价格=跳到达它的数量,和目标包括数据包转发的成本。在SPM,每个中间节点的合作行为取决于其数量的硬币和电池状态。这个模型使用自私和次极限自私阈值,如前一节所述。 Unlike the previous model, this model prevents losing packets by intermediate nodes in most cases, and only if no neighbor node has sufficient coins to buy a packet, it is dropped.

3.2.3。混合模型(HM)

该模型结合了前两个方案。如果一个源节点想要发送一个数据包,它必须插入一些硬币。然而,不同于SPM,这没有必要数量的硬币等于啤酒花到达目标节点的数量。相反,所需数量的硬币插入数据包的源必须约等于一半啤酒花到达目的地的数量根据DSR协议。因此,根据SPM数据包转发,直到他们的硬币。然后,数据包的转发交换机依照DPM执行。因此,源和目的地转发分享成本。这种混合模型继承了两种模型的优点,但也部分他们的缺点。

4所示。没有信用模型的问题

下面描述模型的一些缺陷进行了分析。

4.1。外围节点问题

这个问题是由于周边节点的位置,因为他们要花金币发送和/或接收数据包,但不能获得任何硬币,因为他们没有任何的机会为别人转发数据包。尤其是,他们的位置不允许他们参与任何运输路线,所以他们没有机会获得任何硬币。这种情况将导致他们的孤立。

一方面,外围节点SPM付保证金,因为他们不能把自己的包。另一方面,DPM外围节点问题导致这些节点是独立于网络的数据包接收,因为如果他们没有足够的金币来支付数据包的接收,他们不能收到任何。此外,HM继承了两种模型的缺点,因为在模型外围节点可能遭受边缘性发送和接收数据包。

4.2。硬币和能源相关的问题

现在没有信用模型的节点的行为分析根据其数量的硬币和能级。

这一分析,几个NS-2模拟已经完成的节点数是20,硬币最初分配给每个节点的数量是20,和每个节点发送数据包的最大数量是100。

图2(一个)显示的数量发送,接收,下降,并为每个模型转发数据包。根据这些数据,SPM的主要弱点是,发送的数据包数量低于基本模型,因为节点需要硬币能够发送数据包。DPM涉及改善关于发送数据包的数量,因为节点不需要支付发送自己的包,事实上,与基本模型相比,数据是相似的。然而,丢失的数据包数量高于基本模型,因为包的成本增加在每一跳,生产总成本的增加。最后,HM显示发送数据包的总数下降对硬币的基本模型由于要求发送数据包。在这种情况下,由于源和目的节点共享货运成本,发送的数据包数量是高于SPM。

图2 (b)显示了识别原因为什么每个节点滴包。主要原因降低数据包的基本模型和缺乏活力的空闲节点。然而,结果表明,在其他两个模型,SPM和HM,主要问题是缺乏硬币。在许多情况下,与外围节点,源节点不能直接转发数据包,所以他们不能获得任何硬币,可以防止它们发送的数据包时花了他们所有的硬币。因此,为了解决这些问题,这项工作提出的想法增加信贷的概念不同的模型。

5。信贷模型

的概念引入透支和信贷的概念在上述模型现在提出这样一个节点或一个包没有足够的金币可以使用转发服务。新模型允许节点透支作为一个额外的方法来促进合作,因为任何负债的节点被迫合作如果希望使用网络。此外,建议与信贷解决外围节点问题。

以信用为基础的模型可以区分不同取决于决定转发数据包的过程。在所有的节点使用一个智能系统来分析他们赚取金币的可能性,根据邻居节点的使用之前。这是有可能的,因为每个节点维护一个数组与使用它的所有邻居转发。因此,当一个节点必须做出决定是否转发或删除一个数据包,它检查电池的水平和数量的硬币和这个数组中的值。特别是,节点查询当前单邻居和数组中搜索任何当前使用它作为转发节点的邻居。如果这个搜索任何邻居,显示了一个频繁使用的节点认为它作为一个预测,在未来它将被用作转发节点,因此将有机会获得金币。模拟中,特定频率的节点认为积极的结论取决于网络中转发数据包的平均数量。

尊重没有信用模型的另一个区别是,在信贷模型允许节点发送数据包,即使他们没有足够的硬币支付运输成本。在这种情况下,他们估计自己是否可以发送/接收数据包根据他们之前的合作行为。这些信息反映在他们的债务账户。如果节点没有硬币,没有点球,他们收到信用卡发送自己的数据包,因此他们的硬币数量变得消极。如果节点有处罚,他们被禁止发送/接收任何自己的包。节点收到一个点球时,一旦负债,他们不转发收到的数据包。这个禁令仍然发送/接收的数据包,直到他们的硬币数量变得积极。

当一个节点接收到一个数据包转发,分析该操作将带来的潜在收益/损失。计算收益的增加其数量的硬币和恢复的可能性从先前的惩罚。损失估计电池水平降低和任何可能的处罚节点是否透支,不转发数据包。这种分析包括自己的数据包的数量的计算节点可以发送电池的水平和数量的硬币和转发数据包的能源消耗。此外,节点估计可能的收入来量化其可能性恢复从一个点球。在这之后,它决定把包在下列情况下:(我)当电池水平低于次极限自私阈值和具有良好的收入估计,(2)当它有足够的金币,以满足其需求,自私电池水平低于阈值,而没有点球,(3)当它没有得到任何受益于转发数据包。当所有上述参数的估计不显示任何可能恢复以前的债务和/或处罚,节点转发数据包为了赚取金币,即使它可以运行所有电池。

下面三个变种的信贷模型定义。

5.1。Source-Pay模型与信用(SPMC)

该模型假设每个节点都有一个信用帐户。除了允许透支节点,介绍了对不良行为的惩罚和所有节点的情报系统。它使用安全域信息来估计的硬币数量必须插入到每个包。如果硬币一个节点的数量低于DSR协议的数量估计,其资产变得消极,让包可以包含所需数量的硬币。这个模型有几个优点。它解决了周边节点的问题。此外,节点不自私的为了尽量减少他们的债务。只转发节点而不是来源或目的地可以超载网络,由于存在的处罚。在消极方面,该模型有两个缺点。存在可能的网络开销,包可能会丢失在路由发现由于硬币低估。

5.2。Destination-Pay模型与信用(DPMC)

与前面的模型中,每一个中间节点都有一个硬币为每个转发数据包。因此,每个参与节点转发数据包后,增加一个数量的硬币。同时,转发数据包增加它的价值。相反,如果一个节点决定不向前,硬币的数量递减的尽可能多的硬币掉了包的价值。收到的处罚节点包括禁止任何数据包从发送/接收。该模型的一些优点如下。它解决了周边节点的问题。节点不自私的,以减少他们的债务。只转发节点而不是来源或目的地可以超载网络,由于存在的处罚。中间节点,降低数据包接收更高的惩罚当更多的节点转发。 On the other hand, its main disadvantage is the possibility of network overhead.

5.3。混合模型与信用(HMC)

该模型结合了两个提到的方案。当源想要发送一个数据包,首先它必须用一些硬币。在最初的HM,源节点插入相对应的硬币包大约一半的啤酒花的总数由DSR协议表示。在HMC中,当一个节点决定发送一个数据包,SPMC它遵循同样的标准,使得即使在源节点发送数据包比需要更少的硬币。节点也禁止发送的数据包,如果他们有一个点球之前的不当行为。包转发遵循SPM直到数据包的硬币了。然后转发决策遵循DPM,所以目的地支付债务。为了这样做,目标节点在必要时也可以使用信用卡。结合前两个模型,它的优点和缺点都发送方和接收方。

6。性能分析

描述的比较研究方法,和不同的测试表明,该模型包括节点根据场景的不同行为。因此,通过改变一些重要的特性,比如数量的硬币,能量水平,和数字的边缘节点,我们得到一些有趣的结论。

特别是,比较了不同场景生成随机使用setdest脚本生成节点的移动和cbrgen脚本生成节点之间的联系。这些脚本可以与NS分布。具体使用模拟功能如下:(我)每个节点发送数据包的数量为10至1500。(2)要发送的数据包生成每0.05秒。(3)一个新的连接每秒钟开始。(iv)模拟持续20秒。(v)节点的初始能量水平介于50%和75%之间。(vi)网络尺寸是15、25、50、75和100个节点。(七)对于每一个网络的大小和特性,25模拟运行。

6.1。数量的硬币

本研究包括一个比较在不同的合作工具,包括虚拟币的使用。

一方面,每个节点的初始能量水平对所有模拟介质(50% - -70%)。另一方面,分配给每个节点的初始数量的硬币被认为是:高数在500年和1000年之间时,媒介之间的数字是103和50时,和低数量时在5和1之间。

一些前25的平均结果模拟不同模型完成了50个节点如图3。特别是,图3(一个)显示发送的数据包的平均数量,收到,下降,转发时每个节点发送的数据包数量是1000年和1500年之间。在这种情况下,主要结论如下:(我)有大量的初始金币,嗯,DPM表现最好的模型。(2)中等数量的初始金币,发送/接收的数量和下降/转发数据包没有信用和信贷模型是等于或比在基本模型。(3)较低的初始金币,信贷模型执行比没有信用和基本模型。

图3 (b)还提供了一个研究的原因数据包被丢弃。包丢失的可能原因分析工作缺乏硬币节点,在节点的能量,数据包的硬币。图的主要结论3 (b)以下。有大量的硬币,缺乏能源产生损失的包,所以初始金币太多鼓励自私。中等数量的硬币,数据包被丢弃在基本模型的主要原因是缺乏能源和在所有信用模型是缺乏硬币。最后,对于一个低数量的初始金币,下降的主要原因是缺乏信贷硬币的节点模型和缺乏能源的信用模型。

因此,得出的建议是使用许多最初的硬币没有信用模型,和更少的信用模型。

6.2。能量水平

这项工作包括研究节点的行为在所有的模型中,考虑不同的能量水平。能源与TCL脚本文件实现了能量。tcl,负责确保节点维持能量水平。

这些模拟的具体特征是没有信用模型的初始金币数量是500年和1000年之间和信贷模型1。在这些模拟,考虑能量水平较低(37% - -62%),中等(50% - -75%),高(75% - -100%)。

如上所述,平均25模拟的结果与50个节点图所示4,但在这种情况下,每个节点发送的数据包数量是500年和1000年之间。特别是,图4(一)表明,信贷模型收到数据包的数量高于没有信用模型。低能量水平,丢失的数据包数量更高没有信用和基本模型,而在没有信用模型,它是低得多。介质的能级,发送和接收数据包的数量与所有模型相似而下降的数量和转发数据包DPMC和HMC要好。高能级,不同的模型类似于发送和接收数据包的数量的下降和转发数据包。因此,可以得出结论,高能级,拟议的模型为基本模型具有相同的行为。图4 (b)也显示了为什么节点数据包。对于中低能量水平,主要原因是缺乏能源。SPM和SPMC,丢失的数据包数量大是由于硬币低估。高能级,数据包主要用于硬币低估。

因此,结论是,低能量水平,对不同大小的网络信用模型显示更好的性能。

6.3。周边的节点数

这项工作包括研究的外围节点不同模型的问题。为了分析结果,模拟不同的场景了。两个特定的特点这些模拟最优初始数量的硬币每个模型和高能级(75% - -100%)。

在前面部分,平均25模拟图所示的结果5。在这种情况下,分析只考虑在50个节点和边缘节点每个节点发送的数据包数量在50到100之间。图5(一个)显示的数量发送,接收,下降,并在每个模型转发数据包。主要结论是,信贷模型有助于解决外围节点问题。除此之外,它可以得出结论,根据丢失的数据包数量,DPMC和HMC可以被认为是比别人更好。图5 (b)总结了节点数据包下降的原因,结论是缺乏硬币节点周边节点数据包下降的主要原因。此外,硬币低估再次出现在SPM和SPMC问题。

因此,主要结论是DPMC和HMC解决外围节点问题。

6.4。一般比较

最后,为了得出一般结论,25为每个模型和模拟进行了不同大小的网络(15 - 100节点),每个节点发送数据包的数量为10至1500。

这个实现是为了模拟真实网络,节点可以连接到电网充电电池。特别是,在模拟所有节点最初有一个高能级和花没有保证他们能充电,因为它认为,每0.5秒,5节点随机选择充电。

图6(一)表明信用模型突出在发送/接收的数据包的数量和下降/转发数据包。因此,可以得出结论:信贷模型增加合作,测量与转发数据包的数量,并减少自私,测量了丢失的数据包数量。在信贷模型,DPMC和HMC脱颖而出。

图6 (b)也显示了包下降的主要原因,这是能量缺乏在所有模型。也得出结论,信贷模型丢失的数据包数量减少,当节点数的增加,丢弃的数据包的数量大于信用模型的基本模型。

7所示。结论和未来的工作

这项工作提供了一个研究的几个解决马奈的自私问题和识别的主要弱点由于NS-2模拟。此外,它包括新计划的建议集中在减少可能的自私行为,通过求解所确定的弱点。特别是,本文以现有的合作激励机制的研究开始基于虚拟金币,包括不同NS-2模拟,其结果没有任何明显的改善迹象在网络基本没有任何执法合作。然后,这些现有的方法是不成功的主要原因是为了确定提出新的解决方案。新提出的模型的仿真结果表明,增加节点合作相结合机制基于虚拟金币和信贷的概念。因此,结论是,新提议有助于改善几个弱点之前的计划通过转发数据包的数量最大化和最小化丢失的数据包数量。与未来有关的作品,这将是有趣的提出一些安全机制,以确保每个中间节点获得的硬币的数量只有一个单位和重传后获得的。另一方面,这将是有用的现实网络中的实现最有前途的方法,以确保他们在真实的环境中正常工作,因为这将允许确定需要多少开销在时间和空间上的新提议和维护成本的阵列,以分析网络性能是否真的减少了,考虑到额外的节点能量消耗。

相互竞争的利益

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

研究受到了rtc - 2014 - 1648 - 8, tec2014 - 54110 r, mtm - 2015 - 69138 - redt DIG02-INSITU。