基于博弈分析的复杂通信网络冲突问题研究

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无线传感器网络(Wireless Sensor Networks, WSNs)和多跳无线网络(Multi-hop Wireless Networks, MWNs)属于复杂通信网络,都采用自组织的方式维持网络的持续运行。网络中的节点不能够维护整个网络的信息,那么节点之间的决策和行动必然产生相互影响甚至冲突。所以如何识别网络节点的行为并加以调节会对整个网络的运行产生极大的帮助,这也是本文的重心所在。首先,文章为具有层级结构的无线传感器网络(Hierarchical WSNs, HWSNs)提出一种关键层控制机制,其中关键层是由距离汇聚节点单跳的节点(One Hopto the Sink, OHSs)构成。为使这些节点能耗更有效率和链路质量更有保障,在整个网络协议媒质接入协议(Medium Access Control, MAC)的基础上首先为关键层应用一个专属MAC协议,然后采用功率和准入控制方法组成关键层控制。最后使用非合作博弈建立关键层控制模型,并通过应用一个双价格机制从而导出一个对全局有利的均衡解。在博弈分析的基础上提出一个可以动态达到均衡点的算法,并通过仿真分析证明了算法的有效性。其次,本文针对一般化的多跳无线网络中存在的拥塞问题,建立了网络拥塞博弈模型。目标是当博弈得到均衡解时,尽量把源节点均匀地分配给可用路径,以减小所有节点的数据传输时间。为有效率地计算其纳什均衡解,提出了一种分布式的基于动态定价机制的算法(Dynamic Pricing, DP),该机制假设每个源节点必须要购买某条路径才能传输自己的数据。为DP机制的运行时间提出了一个较为松弛的上界,但仿真结果显示实际运行时间要远小于这个理论上界。此外,通过与基于成本减小路径(Cost Reducing Path, CRP)的机制对比,评估了DP机制产生分配结果的最优性,模拟显示,大于90%的模拟博弈都可以得到最优的节点分配。
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