CN103824195A

CN103824195A - 一种基于机会网络中三回合讨价还价的激励方法

Info

Publication number: CN103824195A
Application number: CN201410061689.9A
Authority: CN
Inventors: 刘期烈; 刘茂松; 侯鹏翔; 李云; 冯志宇; 李国军
Original assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Current assignee: Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date: 2014-02-24
Filing date: 2014-02-24
Publication date: 2014-05-28

Abstract

本发明公开了一种基于机会网络中三回合讨价还价的激励方法，包括步骤：信息收集阶段；信息初始化阶段；三回合讨价还价博弈阶段；交易完成并转发消息；针对现有的Credit策略没有明确的定价机制以及无法规避虚假报价的现象发生，导致网络中节点的公平性得不到保证，最终造成网络性能下降，本发明通过买卖双方的三次讨价还价博弈对转发服务进行了明确的定价，并且避免了虚假报价情况的发生。只需要网络中的节点各自维护一张能量损耗表，并在博弈前将信息进行透明化，通过三回合讨价还价博弈求出最佳的价格方案，确保了节点之间能迅速达成交易，减少了不必要的利益损失，让网络内的节点的公平性得到保证，最后使得网络交付率得到大幅提升。

Description

一种基于机会网络中三回合讨价还价的激励方法

技术领域

本发明涉及机会网络中的自私节点激励机制，尤其涉及一种三回合讨价还价激励机制。

背景技术

机会网络的通信模式以节点的移动与合作为基础，一旦节点不再合作，即不参与其它节点消息的转发，那么网络性能势必受到影响。因此剖析导致节点自私的原因、分析节点自私行为对网络性能的影响以及研究节点激励算法是现阶段机会网络发展中急需展开的重要工作。在机会网络的应用中，节点会自发地决定不合作或者不参与到消息转发过程中去，究其原因主要可归纳为以下两点：

①电池电量和传输带宽的可用性是节点拒绝为其它节点转发消息最重要的原因。在路径发现和路由维护阶段，如果没有直接的利益或者对节点的合作行为没有奖励，那么节点可能会拒绝与其它节点合作。例如，节点为了节省资源(电池寿命、CPU等)，拒绝作为中继节点。

②节点对自身隐私的重视。在网络中，如果参与消息转发，那么节点会暴露自己的相关信息，如身份识别号，位置信息，消息内容，社会关系等。

为了减弱甚至消除节点自私行为对网络性能的影响，研究工作主要集中在设计节点激励算法刺激自私节点合作。现有的激励策略可以分为三类：基于TFT(Tit-for-Tat)方案，基于Reputation方案和基于Credit方案。

TFT（参考文献：Shevade U,Song H H,Qiu L,et al.Incentive-aware routing in DTNs[C]//IEEE International Conference on Network Protocols,2008:238-247.）思想是：两个节点交换相同的数据量，也就是节点帮助其它节点转发的数据量等于其它节点帮助此节点转发的数据量。这种方案类似于货币未出现时的以物换物的机制。尽管TFT机制可以在一定程度上激励自私节点合作，但是TFT机制中，双方节点必须交换相同数量消息的算法要求存在一定的不足。当相遇的两个节点中有一个节点处存储的消息很少，即网络中业务出现严重的非对称时，TFT机制也会导致网络性能退化。

Reputation（参考文献：Liu J,Issarny V.Enhanced reputation mechanism for mobile ad hoc networks[J].Trust Management,2004:48-62.）思想是：Reputation较高的节点产生的消息可以被其他节点转发，而Reputation较低的节点享受不到其他节点提供的转发服务。节点的reputation表示其它节点对此节点合作程度的判断。如果节点的reputation较低，那就意味着节点会被其它节点视作自私节点，而如果reputation较高，则表示节点会被视为合作节点。即一个节点要想自己的消息被其他节点转发，那在这之前必须已经帮助其他节点转发了消息，获得了其他节点的认可：合作节点。这样一来便形成了一种良性的循环。尽管基于reputation策略即使在网络中大部分节点是自私节点的情况下也可以实现较好的网络性能，但是，也存在一些不足之处：如很难有效地监听节点的行为，并且不能有效地刺激低信誉节点合作。

Credit（参考文献：Chen B B,Chan M C.Mobicent:a credit-based incentive system for disruption tolerant network[C]//IEEE INFOCOM’10,2010:1-9.）思想是：如果一个节点合作帮助其它节点转发一个消息，那么这个节点会收到一定数量的Credit（虚拟货币）作为回报，然后这个节点可以用赚取的credit支付其它节点的转发服务。尽管基于Credit的激励策略能够避免上面两种策略遇到的问题，同时能够有效地鼓励自私节点去帮助其他节点转发消息，但是对每次转发服务支付的虚拟货币的数目以及如何制约提供服务方虚假报价的问题仍然没有解决。

我们提出了一种基于三回合讨价还价博弈的买卖机制（TBG:Three Bargain Game），所提出的机制不仅给出了一个明确的定价，同时避免了虚假报价的情况发生。

发明内容

针对以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种给出了一个明确的定价，同时避免了虚假报价的情况发生的机会网络中三回合讨价还价激励机制设计方法，本发明的技术方案如下：一种基于机会网络中三回合讨价还价的激励方法，其包括以下步骤：

101、获取机会网络中发送节点A和转发节点B的能量消耗信息，目的节点为D,其中发送节点A和目的节点D均不在对方的传输范围内，并将发送节点A和转发节点B的能量消耗信息分别统计成能量损耗表a和能量损耗表b，其中能量损耗表a中存储有发送节点A第i次发送信息前后的能量值E_Aib和E_Aia，能量损耗表b中存储有转发节点B第j次发送信息前后的能量值E_Bjb和E_Bja；

102、发送节点A将自己的财富值、能量损耗表a以及请求转发能量损耗表b的请求信息发送给转发节点B，当转发节点B收到发送节点A发送来的请求信息后回复一个确认收到信息，并将能量损耗表b发送给发送节点A，当发送节点A收到转发节点B能量损耗表后回复一个确认消息ACK给转发节点B，跳转至步骤103；

103、发送节点A根据步骤102中得到能量损耗表a和能量损耗表b计算出消耗系数σ，记α_Ai=E_Aib-E_Aia，β_Bj=E_Bjb-E_Bja，其中α_Ai，β_Bj分别表示节点A,B在第i,j次发送信息损失的能量，消耗系数

其中E_fA和E_fB分别表示发送节点A和转发节点B的初始能量值；

104、根据三回合讨价还价博弈法TBG得出发送节点A需要付给转发节点B的虚拟货币值为

S - {1 - [\frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{i + j} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}]} \cdot {S - [1 - \frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}] \cdot S},

S表示A节点的财富值，同时发送节点A将需要转发的数据信息发送给转发节点B，转发节点B将数据信息转发给目的节点D，完成发送节点A将数据发送目的节点D，结束。

进一步的，步骤101中，发送节点A未发送数据前的能量等于未发送后的能量且等于第一次发送前的能量如式E_A0b=E_A0a=E_A1b=E_fA，接收节点B未发送数据前的能量等于未发送后的能量且等于第一次发送前的能量,E_B0b=E_B0a=E_B1b=E_fB。

本发明的优点及有益效果如下：

本发明针对现有的Credit策略没有明确的定价机制以及无法规避虚假报价的现象发生，导致网络中节点的公平性得不到保证，最终造成网络性能下降，本发明通过买卖双方的三次讨价还价博弈对转发服务进行了明确的定价，并且避免了虚假报价情况的发生。只需要网络中的节点各自维护一张能量损耗表，并在博弈前将信息进行透明化，通过三回合讨价还价博弈求出最佳的价格方案，确保了节点之间能迅速达成交易，减少了不必要的利益损失，让网络内的节点的公平性得到保证，最后使得网络交付率得到大幅提升。

附图说明

图1是本发明优选实施例激励机制的流程图；

图2发送方和接收方能量损耗图表；

图3信息初始化流程图。

具体实施方式

下面结合附图给出一个非限定性的实施例对本发明作进一步的阐述。

首先对TBG作一些非限定性的描述与解释，TBG包括两个博弈方，发送节点A（需要获得转发服务一方），转发节点B（提供转发服务一方），即当A节点需要发送信息，A,B分别在对方的传输范围内，同时B是一个自私节点时，若A需要通过B进行中继，那么双方就服务价格进行谈判，现在将A节点的财富值S(当前时刻节点A所拥有的虚拟货币值)作为分割的总数（若转发服务的价格为P≤S，那么B获得P,A剩下S-P,），并且已经定下一个这样的规则：首先由B提出一个分割比例，对B提出的分割比例，A可以接受也可以拒绝；如果A拒绝B的方案，则它自己应该提出另一个方案，B也可以选择接受与否；以此类推，上述循环过程中，只要任何一方接受对方的方案，博弈就结束，而如果方案被拒绝，则被拒绝的方案与以后的讨价还价不再有关系。再设每一次一方提出一个方案和另一方选择是否接受为一个回合，讨价还价每多进行一个环节，由于能量的损失，双方的利益都要打一个折扣

我们称

为“消耗系数”。如果进一步假设讨价还价最多只能进行三个回合，到第三个回合，A必须接受B的方案。

第一回合B的方案是自己获得M₁，A获得S-M₁，A可以接受或不接受，接受则双方收益分别为M₁和S-M₁，谈判结束，如果A不接受，则开始下一回合；

第二回合，由于A拒绝了B的方案，所以轮到A提方案。A的方案是B获得M₂，自己获得S-M₂，由B选择是否接受，接受则双方收益为σM₂和σ(S-M₂)（这里由于多了一个回合的谈判，需要付出代价，所以双方的收益都打了一个折扣），谈判结束，如B不接受则进行下一回合；

第三回合，B提出自己获得M，A获得S-M,这一回合，无论双方同意与否，博弈都结束，双方受益分别为σ²M和σ²(S-M)。

上述三个回合双方提出的M₁，M₂，M∈[0,S]（即M₁，M₂，M都是0到S之间的任意金额），即使我们考虑到货币有最小单位，他们的可能取值也有很多种。因此，我们不妨认为这个三回合讨价还价博弈中，两博弈可以提出的M₁，M₂，M都有无限多种，是一个无限策略的动态博弈。

首先对这个博弈的特点作一些讨论。本博弈的关键两点：第一是第三回合B的方案有强制力，即进行到该回合B提出的分割比例M：S-M，A必须接受，并且这一点，两博弈方都是很清楚的；第二是该博弈每多进行一个回合，总收益就会下降一个比例，因此让双方谈判拖得越长，对双方都可能越不利，如果必须让对方得到的数额不如早点让其得到，这对自己也是有利的。

然后我们用逆推归纳法分析这个博弈，先分析博弈的第三个回合。在第三回合，因为B的出价M,A必须接受，因此B会选择M=S，也就是自己独得这笔钱。不过为了容纳更多的可能性，这里暂先不认定M=S，仍然保留M作为B 在该回合的出价。这样当博弈进行到第三回合时，我们知道双方的收益分别为σ²M和σ²(S-M)。

现在回推到第二回合A的选择。A知道一旦博弈到第三回合，B将出S，自己将得σ²(S-M)而B得σ²M。如果A已经拒绝了第一回合B的方案，此时他该怎样的出价才能使自己的收益最大化呢？如果他出的M₂使B选择接受的收益小于第三回合的收益，那么方案肯定会被拒绝，肯定要进行到第三回合，自己会得到σ²(S-M)。如果自己出的M₂能让B接受（意味B的收益不小于第三回合的收益）而又能使自己的收益比第三回合的收益大，尽可能大，那么这样的M₂就是最符合A，B的利益的。假设只要任何博弈方收益不小于下一回合自己出价，就愿意接受对方的出价，那么A在第二回合能让B接受的，也是可能使自己得最大利益的M₂，应满足使B的收益σM₂=σ²M即M₂=σM，此时A的收益为:σ(S-M₂)=σ(S-σM)=Sσ-σ²M.因为0<σ<1，因此该收益与进行到第三回合的收益相比要大一些，这是A可能得到的最大的利益。

最后回到第一回合，B一开始就知道自己在第三回的收益是σ²M，也知道A会在第二回合出价M₂=σM，因此进行到第二回合自己的收益也是σ²M，而A则会满足于得到Sσ-σ²M。因此，如果B在第一回合就让A的收益为Sσ-σ²M，而同时自己又能得到比σ²M更大的利益，那当然是更理想的。实现这一想法，只要令M₁=S-(σS-σ²M)即可。因为此时A的收益与到第二回合的利益相同，还是Sσ-σ²M，而B的收益S-(σS-σ²M)则比进行到第二回合的收益σ²M要大。因此，B第一回合出价M₁=S-(σS-σ²M)，A方接受，B,A双方的收益分别为S-(σS-σ²M)和Sσ-σ²M，是这个博弈的子博弈完美纳什均衡解。

注意在本博弈中得出子博弈完美纳什均衡解的前提是B在第三回合的出价M必须是双方都知道的。因为B在第三回合的方案A必须接受，因此B提出M=S,那么博弈的解就是B在第一回合的出价S(1-σ+σ²)，A接受.那么B和A的收益为分别为S(1-σ+σ²)和S(σ-σ²)，在这种情况下，双方获得利益的比例取决于 σ-σ²的大小，σ-σ²越大，B的收益越小，A的收益越大，当σ=0.5时，σ-σ²有最大值0.25，当0.5<σ<1时，σ越大，σ-σ²越小，B的收益就越大，A的收益就越小.当0<σ<0.5时，σ越大，σ-σ²越大，B的收益就越小,A的收益就越大。这种结果反映了在此博弈中，A仗以讨价还价的筹码就是可以和B拖时间。因为虽然最终B可以争得全部利益，但拖延时间会给B造成损失的。拖延时间对B造成的损失越大，愿意分给A以求早日结束讨价还价的利益就越大。只有当B完全不怕旷日持久的谈判（σ=1）居于有利地位的B方才不需要花钱买太平，可保证自己的全部利益。但是σ=1不会发生，因为σ=1表示每次发送信息不消耗能量，这与实际情况是不吻合的。所以这正好印证了这一博弈策略的子博弈完美纳什均衡:B第一回合出价,M₁=S(1-σ+σ²),A方接受，B,A双方的收益分别为S(1-σ+σ²)和S(σ-σ²).

如图1所示为机会网络中基于博弈论的自私节点激励机制的流程图。包括四个主要步聚：信息收集阶段；信息初始化阶段；三回合讨价还价博弈阶段；交易完成并转发消息。

具体的步聚如下：

1网络中节点进行信息收集，主要是为后面求得“消耗系数”σ做准备。每一次发送信息，能量都有一定程度的损耗，但是每次损耗的能量会有细微差别，这里我们采用取平均值的方法来确定消耗系数。每个节点都维护一张表格如图2，记录节点A,B的初始能量值E_fA和E_fB，节点A,B第i,j次发送信息前后的能量值E_Aib和E_Aia以及E_Bjb和E_Bja，这里的E_A0b=E_A0a=E_A1b=E_fA,E_B0b=E_B0a=E_B1b=E_fB。

2节点A产生消息需要传送给目的节点D，但此时A,D均不在对方的传输范围内，所以无法完成消息传递，必须借助第三方进行中继，此时A又碰到了B，但是B是自私节点，A需要支付B一定数目的虚拟货币才能完成中继。在达成统一意见之前双方都需要对方的某些信息，这些信息是后面的讨价还价博弈所必需的。信息初始化阶段主要包括三个过程如图3，具体如下： 1阶段是发送方将自己的财富值，能量损耗表以及请求对方的能量损耗表的请求信息发送给转发方；2阶段是转发方的确认收到1阶段的信息以及将自己的能量损耗表发送到发送方；3阶段是发送方的确认消息ACK。

3当节点A与节点B进行讨价还价博弈之前，双方已经在第二阶段将自己的能量消耗表格发送给对方。现在双方需要做的就计算出需要的σ。记α_Ai=E_Aib-E_Aia；β_Bj=E_Bjb-E_Bja；其中α_Ai，β_Bj分别表示节点A,B在第i,j次发送信息损失的能量，所以：

这里的σ会随着每次发送信息损失的能量的增加而减小，即σ随着剩余能量的增加而增加。由于信息都是透明的，所以买卖的双方A,B都会从自身的利益出发选择最佳的策略。

首先对于B，B知道：自己会在第三回合出价S的情况A肯定也知道,此时双方的收益分别为和0；既然A知道自己在第三回合的收益为0，那么A断然不会让博弈进行到第三回合，所以A在第二回合出的价M₂必须满足:

{1 - [\frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{i + j} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}]} \cdot M_{2} &GreaterEqual; {1 - [\frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{i + j} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}]}^{2} \cdot S,

保证B在

第二回合的收益不小于第三回合，即A在第二回合出价

M_{2} = {1 - [\frac{Σ_{k = 0}^{j} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{i + j} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}]} \cdot S

此时双方的收益分别为：

B：

{1 - [\frac{Σ_{k = 0}^{j} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{i + j} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}]}^{2} \cdot S;

A：

{1 - [\frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{i + j} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}]} \cdot {S - [1 - \frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}] \cdot S}

此回合B的收益与第三回合相同，并且A的收益要大于第三回合的，所以这是个双赢的局面。另外如果B希望在第一回合结束博弈，减少不必要的损失，那么它在第一回合的出价必须满足：

M_{1} &GreaterEqual; S - {1 - [\frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{i + j} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}]} \cdot {S - [1 - \frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}] \cdot S

即B在第一回合出价为：

M_{1} = S - {1 - [\frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{i + j} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}]} \cdot {S - [1 - \frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}] \cdot S}

此时双方的收益分别为：

A：

{1 - [\frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{i + j} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}]} \cdot {S - [1 - \frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}] \cdot S}

B：

S - {1 - [\frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{i + j} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}]} \cdot {S - [1 - \frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}] \cdot S},

此时A的利益与第二回合相同，并且B的收益要大于第二回合的。所以，B方最后选择的策略是在第一回合出价：

S - {1 - [\frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bi}}{i + j} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}]} \cdot {S - [1 - \frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}] \cdot S} .

然后对于A：由于信息的透明化以及针对B提出的策略，A选择了接受。至此博弈阶段结束。

4A方将需要转发的信息以及要为转发服务支付的虚拟货币一并交给B。双方完成交易。

以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明方法权利要求所限定的范围。

Claims

1.一种基于机会网络中三回合讨价还价的激励方法，其特征在于，包括以下步骤：

其中E_fA和E_fB分别表示发送节点A和转发节点B的初始能量值；

S - {1 - [\frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{i + j} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}]} \cdot {S - [1 - \frac{Σ_{k = 0}^{i} α_{Ai} + Σ_{k = 0}^{j} β_{Bj}}{} \cdot \frac{1}{E_{fA} + E_{fB}}] \cdot S},

2.根据权利要求1所述的基于机会网络中三回合讨价还价的激励方法，其特征在于：步骤101中，发送节点A未发送数据前的能量等于未发送后的能量且等于第一次发送前的能量如式E_A0b=E_A0a=E_A1b=E_fA，接收节点B未发送数据前的能量等于未发送后的能量且等于第一次发送前的能量,E_B0b=E_B0a=E_B1b=E_fB。