CN110266542A - 一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法，应用于分布式共享网络拓扑控制邻域，其核心是积极评价系统，主要涉及双向通信、恶意惩罚和激励三个阶段。双向通信主要是获取邻居节点的ID以及它们的分享比，从而获得综合信任值。恶意惩罚是指针对全局关系比低于预设阈值的情况，用线性关系来相应降低综合信用值，直至被认定恶意节点将其隔离，使它不参与信息的转发。激励则对邻居节点赋予虚拟信任值，排在前面的将优先参与拓扑的连接及信息的转发。通过积极评价系统，在扩展方向上调动节点，同时确保节点始终保持与网络主干的连接，建立动态网络拓扑图。

Description

一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法
技术领域
本发明属于网络拓扑领域，具体涉及一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法。
背景技术
通常情况下，网络节点一般不会按照指定方向和位置移动，正是因为网络节点之间分享资源后，分享给什么位置的节点是不可控的，节点是否会继续往下分享也是不可控的，网络不断扩张变得不可控，因此需要采取措施避免盲目扩张。基于积极评价系统的控制网络拓扑结构的扩展规模的方法的核心部分是积极评价系统，其精髓在于运用了区块链技术。
有很多控制网络拓扑结构的方法，比如局部最小生成树法、定向扩展拓扑控制法等，但他们多集中于链路层层面，把功能过多的集中在单个节点上，无形中增加了节点的负担，增加了能耗。为了能够更好有效的达成目的，在网络层上将对节点行为测算安排到区块链系统上，从而提高控制的可行性和有效性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法，以解决现有技术中导致的节点负担过重，能耗过大的缺陷。
一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法，所述方法包括双向通信、恶意惩罚和激励三个阶段，
所述双向通信包括如下方法步骤：
被测节点与邻居节点通过通信通道互相进行数据传输；
根据传输数据列出分享比表，并计算出综合信任值；
所述恶意惩罚包括如下方法步骤：
设定预设值，根据邻居节点总数得出全局关系比；
当全局关系比小于预设值时，减少综合信任值；
当综合信任值低于信任阈值时，对相应节点进行恶意惩罚；
预设值与信任阈值通过MatLab进行密集的模拟实验进行评估，通过仿真确定全局关系比预设值为0.75，信任阈值为0.3。
所述激励包括如下方法步骤：
构建动态网络拓扑图，获取每个邻居节点的虚拟信用值；
将所有邻居节点根据虚拟信用值进行排列形成激励表；
根据激励表的排列情况对邻居节点实行激励操作。
优选的，所述动态网络拓扑图的构建方法包括如下步骤：
源节点同时与它的邻居节点进行通信；
源节点选择周围任意一个邻居节点作为被测节点，如节点A；
源节点与节点A所在的邻居节点组成区块链系统；
使用积极评价系统，对节点A进行评判；
将节点A与源节点的其他邻居节点构成的区块链系统比较，当节点A的综合信用值最大时，源节点与节点A建立拓扑关系；
通过激励表找出节点A区块链系统中虚拟信用值最高的邻居节点，如节点B；
节点A与节点B建立意向连接；
用积极评价系统评判节点B的综合信用值在与其自身邻居节点组成的区块链系统中是否为最大；
若是，则节点A与节点B建立拓扑关系；
反之，节点A根据激励表顺次寻找其他邻居节点。
优选的，所述数据传输包括如下方法步骤：
邻居节点向被测节点定期传送邻居节点的ID；
被测节点则向邻居节点进行数据的转发。
优选的，所述综合信任值的计算方法包括如下步骤：
被测节点提交第一跳的邻居节点ID给区块链系统的同时，在区块链系统上计算并存储分享比；
构建列出第一跳邻居节点ID及其分享比的表，同时记录邻居节点的个数；
根据分享比表，计算综合信任值，公式为：
λ为信任因子常数，n为邻居的个数，Nc(t)代表在t时刻第一跳邻居节点收到发送节点的信号量，Na(t)代表在t时刻发送邻居节点剩余的信号量，q为发送节点原有的信号量。
优选的，所述全局关系比的计算方法包括如下步骤：
统计数据分享比小于预设值的不合格节点个数；
根据不合格节点个数和邻居节点总数得出全局关系比，公式为：
Nr为全局关系比，m为数据分享比小于预设值的节点个数，s为邻居节点总数。
优选的，所述恶意惩罚包括如下方法步骤：
将综合信任值低于信任阈值所在的区块链系统中的被测节点作为恶意节点，即该区块链被隔离；
停止该区块链的数据转发，恶意惩罚消息被广播到网络中的所有节点。
优选的，所述虚拟信用值的计算方法包括如下步骤：
将全局关系比与综合信任值的比值得到一个比例值，再与固定的虚拟信用总量相乘，得到每个邻居节点的虚拟信用值，计算公式为：
Cr为虚拟信用值，Nr为全局关系比，Pi为综合信任值，Ca为虚拟信用总量。
优选的，所述激励操作包括如下方法步骤：
将激励表中的邻居节点根据虚拟信用值由大到小进行排列；
将激励表的排列情况广播通知至其他区块链；
将激励表中的邻居节点信息的转发与传递的优先级按照排列顺序递减。
本发明的优点在于：通过积极评价系统，借助区块链系统中去中心化的特性，使得任何节点可以在不需要第三方信任机构的情况下建立信任关系。通过对节点行为的甄别，保持节点之间合作的动机，从而建立动态的网络拓扑图，来控制其扩展的规模。在网络层上将节点行为测算安排到区块链系统上，从而提高控制的可行性和有效性。
附图说明
图1为本发明中积极评价系统流程示意图。
图2为本发明中源节点拓扑示意图。
图3为本发明中源节点与邻居节点拓扑示意图。
图4为本发明中节点动态拓扑示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图4所示，一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法，积极评价系统(PES,Positive evaluation system)，PES集成了声誉系统和区块链技术的系统。PES的贡献在于它可以利用区块链系统中去中心化的特性，使得任何节点可以在不需要第三方信任机构的情况下建立信任关系，这样的信任关系源于用户对系统的信任，而无需信任单个节点。通过设定虚拟信用的总量，和对节点行为的判定，保持节点之间合作的动机。每个区块链内部有一个积极评价系统(PES,Positive evaluation system)，它的输入是被测节点周围各个邻居节点的分享比ki，输出则为通过激励列表，得到的虚拟信用值最高的邻居节点的ID。
由三个阶段组成：双向通信、恶意惩罚和激励。
第一阶段：区块链系统中，被测节点与邻居节点进行双向通信，可分为3个阶段：1)初始阶段，用于双方建立通道；2)通信阶段，双方进行通信，邻居节点向被测节点定期传送邻居节点的ID，被测节点则向邻居节点进行数据的转发。3)关闭通道阶段，双方关闭通道，被测节点提交第一跳的邻居ID，邻居节点提交收到源节点数据传给所在的区块链系统，在区块链系统上计算并存储分享比ki。
在区块链上构建列出第一跳邻居ID及其分享比的表，同时记录邻居节点的个数。仅凭借单个节点的分享比是不足以判定中心节点的行为，为了更加准确的判定中心节点的行为，根据分享比表，计算综合信任值Pi。
第二阶段：引入全局关系比Nr，用来判断当前区块链中的整体状态。
更新节点的综合信用值有两个目的。首先，若Nr小于预设值E，使用简单的线性等式减少综合信任值。然后，当综合信任值低于信任阈值MAT时，则将该区块链系统中的被测节点作为恶意节点，即该区块链被隔离，数据停止转发，恶意消息被广播到网络中的所有节点。
第三阶段：为了构建动态拓扑图，实现对拓扑扩展的有效控制，在区块链系统上设有固定的虚拟信用总量，将每个邻居节点所获得的虚拟信用值Cr计算出来，设立激励列表，由大到小排列成表，并通知其他块，使得排在前面的邻居节点优先参与信息的转发与传递。
基于上述，该种动态网络拓扑图的建立步骤如下：
第一步：源节点向它的邻居节点1，2，3同时进行双向通信(假设源节点为忠诚节点)，如图2所示。
第二步：源节点周围任意一个邻居节点，例如节点2，如图3所示，与其所有邻居节点A,B,C,D组成区块链系统(如图3虚线方框所示)，使用PES系统，通过双向通信、恶意惩罚和激励，对节点2行为进行评判。与其他节点1，3构成的区块链系统比较，当节点2的综合信用值最大时，源节点与节点2建立拓扑关系。
第三步：在节点2同一个区块链系统中，通过激励列表，可以得到虚拟信用值最高的邻居节点C，节点C与节点2建立意向连接，待节点C与它自己的邻居节点组成区块链系统时，再如第二步进行评判，若节点C的综合信用值确实最大，则与节点2建立拓扑关系。如果C的综合信用值不是最大时，则节点2会顺次寻找虚拟信用值在C之后的其他节点，再用上述方法判断。(省略号表示之后的其他节点的连接)，如图4所示。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (8)

1.一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法，其特征在于，所述方法包括双向通信、恶意惩罚和激励三个阶段，
所述双向通信包括如下方法步骤：
被测节点与邻居节点通过通信通道互相进行数据传输；
根据传输数据列出分享比表，并计算出综合信任值；
所述恶意惩罚包括如下方法步骤：
根据邻居节点总数得出全局关系比；
设定预设值，当全局关系比小于预设值时，减少综合信任值；
当综合信任值低于信任阈值时，对相应节点进行恶意惩罚；
所述激励包括如下方法步骤：
构建动态网络拓扑图，获取每个邻居节点的虚拟信用值；
将所有邻居节点根据虚拟信用值进行排列形成激励表；
根据激励表的排列情况对邻居节点实行激励操作。
2.根据权利要求1所述的一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法，其特征在于：所述动态网络拓扑图的构建方法包括如下步骤：
源节点同时与它的邻居节点进行通信；
源节点选择周围任意一个邻居节点作为被测节点，如节点A；
源节点与节点A所在的邻居节点组成区块链系统；
使用积极评价系统，对节点A进行评判；
将节点A与源节点的其他邻居节点构成的区块链系统比较，当节点A的综合信用值最大时，源节点与节点A建立拓扑关系；
通过激励表找出节点A区块链系统中虚拟信用值最高的邻居节点，如节点B；
节点A与节点B建立意向连接；
用积极评价系统评判节点B的综合信用值在与其自身邻居节点组成的区块链系统中是否为最大；
若是，则节点A与节点B建立拓扑关系；
反之，节点A根据激励表顺次寻找其他邻居节点。
3.根据权利要求1所述的一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法，其特征在于：所述数据传输包括如下方法步骤：
邻居节点向被测节点定期传送邻居节点的ID；
被测节点则向邻居节点进行数据的转发。
4.根据权利要求1所述的一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法，其特征在于：所述综合信任值的计算方法包括如下步骤：
被测节点提交第一跳的邻居节点ID给区块链系统的同时，在区块链系统上计算并存储分享比；
构建列出第一跳邻居节点ID及其分享比的表，同时记录邻居节点的个数；
根据分享比表，计算综合信任值，公式为：
λ为信任因子常数，n为邻居的个数，Nc(t)代表在t时刻第一跳邻居节点收到发送节点的信号量，Na(t)代表在t时刻发送邻居节点剩余的信号量，q为发送节点原有的信号量。
5.根据权利要求1所述的一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法，其特征在于：所述全局关系比的计算方法包括如下步骤：
统计数据分享比小于预设值的不合格节点个数；
根据不合格节点个数和邻居节点总数得出全局关系比，公式为：
Nr＝1-rn，
Nr为全局关系比，m为数据分享比小于预设值的节点个数，s为邻居节点总数。
6.根据权利要求1所述的一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法，其特征在于：所述恶意惩罚包括如下方法步骤：
将综合信任值低于信任阈值所在的区块链系统中的被测节点作为恶意节点，即该区块链被隔离；
停止该区块链的数据转发，恶意惩罚消息被广播到网络中的所有节点。
7.根据权利要求1所述的一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法，其特征在于：所述虚拟信用值的计算方法包括如下步骤：
将全局关系比与综合信任值的比值得到一个比例值，再与固定的虚拟信用总量相乘，得到每个邻居节点的虚拟信用值，计算公式为：
Cr为虚拟信用值，Nr为全局关系比，Pi为综合信任值，Ca为虚拟信用总量。
8.根据权利要求1所述的一种基于积极评价系统的网络拓扑控制方法，其特征在于：所述激励操作包括如下方法步骤：
将激励表中的邻居节点根据虚拟信用值由大到小进行排列；
将激励表的排列情况广播通知至其他区块链；
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