CSMA/CA网络中节点自私行为的研究

摘要

在CSMA/CA网络中，随着网卡可编程能力的提高，自私节点可以通过控制竞争窗口大小的方式进行作弊，使自己获得更多的带宽。这种行为将导致信道带宽占用公平性的下降与信道资源利用效率的降低。国内外已经有多篇文献从博弈论的角度来研究CSMA/CA网络中自私节点的作弊问题。由于受到还原论的影响，研究者在提出解决方案过程中，基本上都对问题模型做了不合理的简化，致使解决方案通常难以应用于实践当中。 本文根据经济学原理，提出了能量价格机制解决方案。为了将CSMA/CA协议的低效率配给方式改进为高效率的配置方式，我们引入了价格系统，以反映信道资源的稀缺程度。在能量价格机制当中，节点周期性地对数据发送的成功率进行检测。被压制的节点发送投诉包，投诉的总量决定了资源定价。为了增加机制的适应性，并防止能量的无谓损失，价格浮动采取了软状态形式。为了让理性的节点主动纳入能量价格系统之中，我们采用了机制设计的方法。本文提出将能量价格机制与节省能量路由协议整合，充分利用节点对于能量消耗的敏感性，降低保留效用带来的影响。包含自私节点的CSMA/CA网络是一个复杂适应系统，自私节点的行为体现了用户的理性偏好。对于发送速率与存活时间这两种完美互补商品，每一个节点都有代表其偏好的比例系数。我们在Swarm仿真平台上实现了能量价格机制，并且对资源定价、公平性周期检测、软状态价格浮动以及自私节点应对策略等多种因素的影响进行了分析。Swarm仿真验证了在CSMA/CA网络当中，能量价格机制解决方案不仅可以有效地保障节点占用信道带宽的公平性，同时可以显著提高信道资源利用效率。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：插图索引

声明

第一章绪论

1.1 CSMA/CA网络当中的自私节点

1.1.1 CSMA/CA网络的特点

1.1.2 自私节点带来的问题

1.2选题动机与主要工作

1.3论文组织结构

第二章现有解决方案的不足与成因分析

2.1国内外研究现状简介

2.1.1概述

2.1.2博弈论分析方法

2.1.3博弈论解决方案

2.2现有博弈解决方案的不足

2.2.1发现作弊者的困难

2.2.2惩罚机制的技术局限性

2.2.3博弈参与者的局限性

2.2.4没有完备考虑反馈

2.3现有博弈解决方案缺陷成因分析

2.3.1资源配给僵局

2.3.2研究主体模型的过度简化

2.3.3仿真前提的人为干预

2.4本章小结

第三章能量价格机制设计

3.1价格系统的优势

3.1.1资源配给的方式

3.1.2价格系统

3.1.3资源配给与资源配置

3.1.4 CSMA/CA网络的资源配给

3.2货币的选择

3.2.1货币形式筛选过程

3.2.2能量作为货币

3.3能量价格机制的实现流程

3.3.1被压制节点的主动投诉

3.3.2价格浮动方式

3.3.3能量价格机制设计

3.3.4 自私节点的最佳应对策略

3.4本章小结

第四章 自私节点问题的Swarm仿真

4.1复杂适应系统观点

4.1.1复杂适应系统概述

4.1.2 CSMA/CA网络与复杂适应系统

4.2 Swarm仿真平台介绍

4.2.1 ModelSwarm

4.2.2 ObserverSwarm

4.2.3仿真主体

4.2.4环境

4.3自私节点问题模型的Swarm仿真实现

4.3.1作为主体的节点

4.3.2作为环境对象的无线信道

4.3.3 ModelSwarm

4.3.4 ObserverSwarm

4.4仿真结果对比

4.4.1 自私节点出现之前

4.4.2 自私节点出现之后

4.4.3对比分析

4.5本章小结

第五章能量价格机制性能评价

5.1不同能量价格带来的影响

5.1.1 引入能量价格

5.1.2结果对比

5.2价格浮动机制的有效性检验

5.2.1投诉机制仿真

5.2.2结果对比

5.3 性用户的反应预期

5.3.1理性用户行为仿真

5.3.2结果对比

5.4本章小结

第六章结论与展望

6.1论文总结

6.2存在的问题

6.3研究展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

附录A能量价格机制部分仿真实现代码

致谢