本發(fā)明涉及無線網(wǎng)絡與通信技術領域，特別是涉及一種數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈支付模型構建的方法及裝置。

背景技術：

Ad hoc網(wǎng)絡由許多可以自由移動的節(jié)點組成，每個節(jié)點扮演主機和路由器雙重角色，節(jié)點之間的通信通過無線信道、中繼節(jié)點的多跳轉(zhuǎn)發(fā)來完成。該網(wǎng)路不依賴于任何固定的基礎設施，無中心控制，是完全自組織的，因此它與傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡有著很大的區(qū)別。在傳統(tǒng)的緊急情況和軍事應用中，Ad hoc網(wǎng)絡中的節(jié)點都是以一種自愿積極的合作轉(zhuǎn)發(fā)方式來工作。但是，最近特別是在民用領域中，節(jié)點由于受到自身處理能力、存儲空間和電池能量等各種資源的限制，節(jié)點會表現(xiàn)出自私行為，丟棄所要轉(zhuǎn)發(fā)的報文，從而達到節(jié)省自身資源的目的，降低了網(wǎng)絡的性能。因而，確保網(wǎng)絡中自私節(jié)點的激勵合作，從而保障網(wǎng)絡的可用性及其網(wǎng)路的性能成為當前Ad hoc網(wǎng)絡中研究的熱點之一。

當前采用博弈論來增強Ad hoc網(wǎng)絡中自私節(jié)點的合作性研究方法較多，但是目前的研究都主要集中在非合作博弈的研究范疇。在非合作博弈中，強調(diào)的重點主要體現(xiàn)在節(jié)點自身所表現(xiàn)的行為：理性節(jié)點在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的過程中可選擇的策略、博弈可能出現(xiàn)的結(jié)果和節(jié)點對應做出的選擇等。而在博弈論另外的研究分支合作博弈中，一般假定節(jié)點之間達成一個可實施的共同行動的協(xié)議，即節(jié)點之間可能表現(xiàn)出一種“合作的意向”，并且這種合作意向是內(nèi)生的。當前，如何通過合作博弈來解決Ad hoc網(wǎng)絡中節(jié)點的自私激勵問題成為最主要的問題之一。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要解決的技術問題是提供一種數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈支付模型構建的方法及裝置，能夠為解決Ad hoc網(wǎng)絡中節(jié)點的自私激勵問題提供理論方法和技術支持。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的一個技術方案是：提供一種數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈支付模型構建的方法，所述方法包括：確定用于數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的整個網(wǎng)絡G，其中，所述網(wǎng)絡G由N個理性節(jié)點構成，G為任意有向圖；基于所述數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)過程，形成轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S，其中根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S中所有節(jié)點參與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的情況，確定所述轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S的特征函數(shù)v，其中，δ為從源節(jié)點src成功發(fā)送數(shù)據(jù)包至目的節(jié)點dest的獎勵因子，M_src為源節(jié)點src預先設置的一個最大的支付費用閾值，C(i)為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點i由于接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本，m_r(i)和m_f(i)分別為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點i接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)和實際轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包個數(shù)；基于所述N個理性節(jié)點的節(jié)點集合和所述特征函數(shù)v，進而確定數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈的支付模型FCG＝(N，v)。

其中，所述方法還包括：根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中不同參與節(jié)點的角色類型來分別定義各節(jié)點支付分配的計算方式，所述節(jié)點的角色類型包括：源節(jié)點、中間節(jié)點以及目的節(jié)點。

其中，定義中間節(jié)點為i，所述中間節(jié)點i對應的支付為x_i，x_i＝α·m_r(i)+β·m_f(i)-(m_r(i)+m_f(i))·C(i)，其中，α和β分別為節(jié)點i由于接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而從源節(jié)點src獲得的補償，x_i≥0。

其中，所述目的節(jié)點dest對應的支付為x_dest，x_dest＝α·m_r(dest)-m_r(dest)·C(dest)，其中，m_r(dest)為目的節(jié)點dest接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)，C(dest)為目的節(jié)點由于接收數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本，x_dest≥0。

其中，所述源節(jié)點src對應的支付為x_src，

其中，所述轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈FCG滿足條件：max(α,β)≤δ·M_src/(m_r+m_f)，其中，

其中，所述獎勵因子δ為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S的函數(shù)δ(S)，其中，且max(α,β)≤M_src/(m_r+m_f)。

其中，定義N中任意節(jié)點j的支付分配為x_j，轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈FCG＝(N，v)大聯(lián)盟的支付為v(N)，N中所有節(jié)點的支付分配之和為∑_j∈Nx_j，則∑_j∈Nx_j＝v(N)。

其中，由所述N個理性節(jié)點形成的大聯(lián)盟滿足以下第一條件和第二條件，所述第一條件為：max(α,β)≤M_src/(m_r+m_f)，所述第二條件為：

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的另一個技術方案是：提供一種數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈支付模型構建的裝置，所述裝置包括：第一確定模塊，用于確定用于數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的整個網(wǎng)絡G，其中，所述網(wǎng)絡G由N個理性節(jié)點構成，G為任意有向圖；形成模塊，用于基于所述數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)過程，形成轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S，其中第二確定模塊，用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S中所有節(jié)點參與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的情況，確定所述轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S的特征函數(shù)v，其中，δ為從源節(jié)點src成功發(fā)送數(shù)據(jù)包至目的節(jié)點dest的獎勵因子，M_src為源節(jié)點src預先設置的一個最大的支付費用閾值，C(i)為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點i由于接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本，m_r(i)和m_f(i)分別為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點i接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)和實際轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包個數(shù)；第三確定模塊，用于基于所述N個理性節(jié)點的節(jié)點集合和所述特征函數(shù)v，進而確定數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈的支付模型FCG＝(N，v)。

其中，所述裝置還包括：定義模塊，所述定義模塊用于根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中不同參與節(jié)點的角色類型來分別定義各節(jié)點支付分配的計算方式，所述節(jié)點的角色類型包括：源節(jié)點、中間節(jié)點以及目的節(jié)點。

其中，定義中間節(jié)點為i，所述中間節(jié)點i對應的支付為x_i，x_i＝α·m_r(i)+β·m_f(i)-(m_r(i)+m_f(i))·C(i)，其中，α和β分別為節(jié)點i由于接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而從源節(jié)點src獲得的補償，x_i≥0。

其中，所述目的節(jié)點dest對應的支付為x_dest，x_dest＝α·m_r(dest)-m_r(dest)·C(dest)，其中，m_r(dest)為目的節(jié)點dest接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)，C(dest)為目的節(jié)點由于接收數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本，x_dest≥0。

其中，所述源節(jié)點src對應的支付為x_src，

其中，所述轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈FCG滿足條件：max(α,β)≤δ·M_src/(m_r+m_f)，其中，

其中，所述獎勵因子δ為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S的函數(shù)δ(S)，其中，且max(α,β)≤M_src/(m_r+m_f)。

其中，定義N中任意節(jié)點j的支付分配為x_j，轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈FCG＝(N，v)大聯(lián)盟的支付為v(N)，N中所有節(jié)點的支付分配之和為∑_j∈Nx_j，則∑_j∈Nx_j＝v(N)。

其中，由所述N個理性節(jié)點形成的大聯(lián)盟滿足以下第一條件和第二條件，所述第一條件為：max(α,β)≤M_src/(m_r+m_f)，所述第二條件為：

本發(fā)明的有益效果是：區(qū)別于現(xiàn)有技術的情況，本發(fā)明確定用于數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的整個網(wǎng)絡G；基于所述數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)過程，形成轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S，其中根據(jù)所述轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S中所有節(jié)點參與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的情況，確定所述轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S的特征函數(shù)v，其中，δ為從源節(jié)點src成功發(fā)送數(shù)據(jù)包至目的節(jié)點dest的獎勵因子，M_src為源節(jié)點src預先設置的一個最大的支付費用閾值，C(i)為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點i由于接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本，m_r(i)和m_f(i)分別為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點i接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)和實際轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包個數(shù)；基于所述N個理性節(jié)點的節(jié)點集合和所述特征函數(shù)v，進而確定數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈的支付模型FCG＝(N，v)。由于特征函數(shù)即是轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟對應的支付，通過這種方式，能夠為后續(xù)的解決Ad hoc網(wǎng)絡中節(jié)點的自私激勵問題進一步提供理論方法和技術支持。

附圖說明

圖1是本發(fā)明數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈支付模型構建的方法一實施方式的流程圖；

圖2是本發(fā)明數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈支付模型構建的方法中具體聯(lián)盟形成的示意圖；

圖3是本發(fā)明數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈支付模型構建的裝置一實施方式的結(jié)構示意圖。

具體實施方式

在詳細說明本發(fā)明之前，先大概說明一下與本發(fā)明相關的聯(lián)盟博弈的預備知識。

經(jīng)典的博弈論思想可以分為非合作博弈和合作博弈。在非合作博弈中，博弈的參與人根據(jù)他們可察覺的環(huán)境和自身利益進行決策。參與人效用不僅取決于自己的行為選擇，而且受到其他參與人行為的影響。在非合作博弈中，強調(diào)的重點主要體現(xiàn)在個體行為：理性參與人在競爭環(huán)境中可選擇的行動是什么？博弈可能產(chǎn)生的結(jié)果是什么？理性參與人會做出什么樣的決策？在合作博弈中，假定參與人有一個可實施的共同行動的協(xié)議，即合作是外生的。這時強調(diào)的重點體現(xiàn)在于：這些參與人會組成什么樣的聯(lián)盟？在聯(lián)盟中，如何確定參與人之間的權勢的大小？如何合理地去分配聯(lián)盟所得的合作收益(或分攤成本)？

在非合作博弈中，由各參與人之間的均衡而產(chǎn)生的結(jié)果是競爭的產(chǎn)物，一般來說，并不令人滿意。因為，他們可能表現(xiàn)出一種“合作的意向”，這種合作意向是內(nèi)生的，但這種合作意向沒有嚴格的執(zhí)行協(xié)議。在合作博弈中，參與人之間已有一個外生的合作協(xié)議，這構成了兩類博弈的根本區(qū)別。

對有N個參與人參與博弈的過程，則I＝{1,2,…,N}，稱集合I的任何一個子集S為一個聯(lián)盟。

定義1(聯(lián)盟)：設博弈的參與人集合為I＝{1,2,…,N}，任意則稱S為I的一個聯(lián)盟。特殊情況下，和S＝I，S＝I的這一種情況稱為一個大聯(lián)盟(The Grand Coalition)。

定義2(特征函數(shù))：設博弈的參與人集合為I＝{1,2,…,N}，v(S)是定義在N的一切子集(即聯(lián)盟)上的實值函數(shù)，即v:2^N→R(R為實值集合)，其滿足：則稱v(S)為一個特征函數(shù)。

定義3(聯(lián)盟博弈)：給定參與人集合I和特征函數(shù)v，所進行的合作博弈即為聯(lián)盟博弈CG，表示為CG＝(I,v)。

從理論上來說，博弈中的所有參與人都想加入到大聯(lián)盟中，以便于大聯(lián)盟中的任何兩個參與人都是相互合作的。由于每一個參與人都是理性的，都可以自由地根據(jù)自身所獲利益的情況，選擇加入到不同的聯(lián)盟，因此，有必要保證每一個參與人加入大聯(lián)盟是其所選最優(yōu)的策略。

在聯(lián)盟博弈理論中，存在一個強有力的概念-核(Core)。具體如下：

定義4(核)：在聯(lián)盟博弈CG＝(I,v)中，核C(v)為滿足以下條件而定義的支付分配向量x(x∈R^N)集合：

其中，x_i為參與人i所獲得的支付分配。

注意：聯(lián)盟博弈形成的核是一個向量集合，可以為任意大小集合，也可以為空集。為了確保找到的核是一個最優(yōu)的解決方案，需要形成的最優(yōu)核滿足如下條件：

定義5(最優(yōu)核)：在聯(lián)盟博弈CG＝(I,v)中，最優(yōu)核C^o(v)的形成必須滿足如下條件：

個體理性(Individual Rationality)：x_i≥v({i})。即：任何一個參與人加入到聯(lián)盟博弈中，其所分配所得到的支付分配至少應該比自身獨立執(zhí)行要好。

聯(lián)盟理性(Coalitional Rationality)：由于節(jié)點的理性，其自身可能離開當前所加入的聯(lián)盟，而加入形成的其它聯(lián)盟中，來使其獲取的支付分配達到最大化。

有效性(Effectiveness)：即：聯(lián)盟博弈中的支付分配總額和大聯(lián)盟所得的收入平衡，不存在或多或少的情況。

下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明進行詳細說明。

本發(fā)明在聯(lián)盟博弈理論框架下，針對Ad hoc網(wǎng)絡中節(jié)點數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)過程進行形式化定義，抽象為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈過程，建立了聯(lián)盟成員中節(jié)點支付分配模型，分析了為確保大聯(lián)盟形成為穩(wěn)定核而滿足的對應約束條件。通過構建該模型為在Ad hoc網(wǎng)絡中建立激勵合作路由算法提供了理論參考和借鑒，該模型為有效地激勵自私節(jié)點合作轉(zhuǎn)發(fā)的積極性提供技術基礎，并進一步減少自私節(jié)點對網(wǎng)絡的攻擊影響，能夠大大提高網(wǎng)絡的性能。

為了對模型進行形式化定義，先對模型的具體情形進行如下說明：

(1)整個網(wǎng)絡G(V,E)由N個理性節(jié)點構成，G為任意有向圖，V與E則分別為節(jié)點及利用鏈路轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)形成的邊集合。

(2)當且僅當節(jié)點x，y處于彼此傳輸范圍時，其間鏈路(x,y)∈E，且E中所有鏈路均是雙向的。

(3)節(jié)點在進行正常通信時，都以混雜模式工作，以便監(jiān)聽鄰居節(jié)點合作轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的情況。

(4)網(wǎng)絡中每個理性節(jié)點i在參與數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)過程中，如該節(jié)點對收到的數(shù)據(jù)包進行轉(zhuǎn)發(fā)則稱其行為為合作行為，而該節(jié)點不接收數(shù)據(jù)包或不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包則稱其行為為自私行為。

(5)在數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈(簡稱“轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈”)FCG＝(N,v)(Forwarding Coalitional Game)中，博弈過程的開始是從源節(jié)點src開始發(fā)送數(shù)據(jù)包，博弈過程的結(jié)束是在目的節(jié)點dest收到源節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)包為止。其中N＝|V|，v為FCG聯(lián)盟所獲得的聯(lián)盟支付。

(6)FCG中的節(jié)點都是理性的，節(jié)點可以根據(jù)自己的收益情況來自行決定加入或退出網(wǎng)絡中形成的聯(lián)盟，但是節(jié)點都是為了使其所獲得的收益最大化為目的。

(7)FCG形成的聯(lián)盟為非重疊聯(lián)盟，即網(wǎng)絡中的任何節(jié)點最終只能加入到一個聯(lián)盟中，并且聯(lián)盟之間不存在交叉重疊情況。此外，聯(lián)盟中的任何節(jié)點之間是相互合作的。

(8)源節(jié)點src為了確保與目的節(jié)點dest完成正常的通信過程，需要支付聯(lián)盟中參與轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點為其轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的費用。因此，本發(fā)明為源節(jié)點src預先設置一個最大的支付費用閾值M_src。

參閱圖1，圖1是本發(fā)明數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈支付模型構建的方法一實施方式的流程圖，該方法包括：

步驟S101：確定用于數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的整個網(wǎng)絡G，其中，網(wǎng)絡G由N個理性節(jié)點構成，G為任意有向圖。

理性節(jié)點是指網(wǎng)絡中的節(jié)點加入到聯(lián)盟博弈中后，在其所分配所得到的支付至少比自身獨立執(zhí)行獲得的支付要好時，其傾向是加入到聯(lián)盟博弈中的節(jié)點。換句話來說，如果節(jié)點加入到聯(lián)盟博弈中后，其所分配所得到的支付至少比自身獨立執(zhí)行獲得的支付要好時，是傾向于加入到聯(lián)盟博弈中的，而不是傾向于脫離聯(lián)盟博弈中。

一個圖由一些小圓點(稱為頂點或節(jié)點)和連結(jié)這些圓點的直線或曲線(稱為邊)組成的，如果給圖的每條邊規(guī)定一個方向，表現(xiàn)出來就是有個箭頭指示方向，那么得到的圖稱為有向圖，其邊也稱為有向邊，節(jié)點只能單向通信或傳遞消息。

步驟S102：基于數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)過程，形成轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S，其中

數(shù)據(jù)包在轉(zhuǎn)發(fā)過程中，網(wǎng)絡中的節(jié)點都是理性的，都可以自由地根據(jù)自身所獲利益的情況，選擇加入到不同的聯(lián)盟中，因而形成轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S。

參見圖2，圖2是具體聯(lián)盟形成的示意圖，圖2(a)中11個節(jié)點形成了兩個聯(lián)盟：聯(lián)盟1和聯(lián)盟2。圖2(b)中對應形成了包含11個節(jié)點的大聯(lián)盟。

步驟S103：根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S中所有節(jié)點參與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的情況，確定轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S的特征函數(shù)v，

其中，δ為從源節(jié)點src成功發(fā)送數(shù)據(jù)包至目的節(jié)點dest的獎勵因子，M_src為源節(jié)點src預先設置的一個最大的支付費用閾值，C(i)為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點i由于接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本，m_r(i)和m_f(i)分別為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點i接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)和實際轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包個數(shù)。

轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S的特征函數(shù)v實際上是轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟因為參與數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)而獲得的凈總收益，δ·M_src為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟包括接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本在內(nèi)的總收益，為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本。

步驟S104：基于N個理性節(jié)點的節(jié)點集合和特征函數(shù)v，進而確定數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈的支付模型FCG＝(N，v)。

根據(jù)N個理性節(jié)點的節(jié)點集合所形成的轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟數(shù)量以及特征函數(shù)，可以確定數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈的支付模型FCG＝(N，v)。

本發(fā)明實施方式確定用于數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的整個網(wǎng)絡G；基于數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)過程，形成轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S，其中根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S中所有節(jié)點參與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的情況，確定轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S的特征函數(shù)v，其中，δ為從源節(jié)點src成功發(fā)送數(shù)據(jù)包至目的節(jié)點dest的獎勵因子，M_src為源節(jié)點src預先設置的一個最大的支付費用閾值，C(i)為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點i由于接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本，m_r(i)和m_f(i)分別為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點i接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)和實際轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包個數(shù)；基于N個理性節(jié)點的節(jié)點集合和特征函數(shù)v，進而確定數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈的支付模型FCG＝(N，v)。由于特征函數(shù)即是轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟對應的支付，通過這種方式，能夠為后續(xù)的解決Ad hoc網(wǎng)絡中節(jié)點的自私激勵問題進一步提供理論方法和技術支持。

該方法還包括：根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中不同參與節(jié)點的角色類型來分別定義各節(jié)點支付分配的計算方式，節(jié)點的角色類型包括：源節(jié)點、中間節(jié)點以及目的節(jié)點。

其中，定義中間節(jié)點為i，中間節(jié)點i對應的支付為x_i，x_i＝α·m_r(i)+β·m_f(i)-(m_r(i)+m_f(i))·C(i)，其中，α和β分別為節(jié)點i由于接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而從源節(jié)點src獲得的補償，x_i≥0。

中間節(jié)點是指參與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的過渡節(jié)點，轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中的中間節(jié)點是除源節(jié)點和目的節(jié)點之外而存在的主要節(jié)點。在通信過程中，這類節(jié)點主要承擔的角色：從上一跳鄰居節(jié)點接收發(fā)送的數(shù)據(jù)包和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包給下一跳鄰居節(jié)點。因此，在實施方式中，則主要考慮節(jié)點的接收和轉(zhuǎn)發(fā)行為對其支付分配產(chǎn)生的影響。

中間節(jié)點i對應的支付為x_i，x_i＝α·m_r(i)+β·m_f(i)-(m_r(i)+m_f(i))·C(i)，α·m_r(i)+β·m_f(i)為中間節(jié)點由于接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而從源節(jié)點src獲得的包括接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本在內(nèi)總補償，(m_r(i)+m_f(i))·C(i)為中間節(jié)點接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本。為了保證節(jié)點的理性，x_i≥0。

通過上述方式，能夠獲得任一個中間節(jié)點最終的凈支付情況，即中間節(jié)點所獲利益的情況。

其中，目的節(jié)點dest對應的支付為x_dest，x_dest＝α·m_r(dest)-m_r(dest)·C(dest)，其中，m_r(dest)為目的節(jié)點dest接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)，C(dest)為目的節(jié)點由于接收數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本，x_dest≥0。

目的節(jié)點是數(shù)據(jù)包最終到達的結(jié)束節(jié)點。目的節(jié)點在轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中主要承擔的角色：只是被動地從上一跳周圍鄰居節(jié)點中接收所發(fā)送的數(shù)據(jù)包，可以看作是中間節(jié)點無轉(zhuǎn)發(fā)行為的特殊情況。

目的節(jié)點dest對應的支付為x_dest，x_dest＝α·m_r(dest)-m_r(dest)·C(dest)，α·m_r(dest)為目的節(jié)點由于接收數(shù)據(jù)包而從源節(jié)點src獲得的包括接收數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本在內(nèi)總補償，m_r(dest)·C(dest)為目的節(jié)點接收數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本。為了保證節(jié)點的理性，x_i≥0。

通過上述方式，能夠獲得目的節(jié)點最終的凈支付情況，即目的節(jié)點所獲利益的情況。

其中，源節(jié)點src對應的支付為x_src，源節(jié)點是數(shù)據(jù)包初始發(fā)送的起止節(jié)點。源節(jié)點為了完成與目的節(jié)點建立正常的通信，在整個轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中一方面只是向目的節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)包，另一方面還要向轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中的中間節(jié)點和目的節(jié)點支付相應的補償。

通過上述方式，能夠獲得源節(jié)點最終的凈支付情況，即源節(jié)點所獲利益的情況。

其中，轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈FCG滿足條件：max(α,β)≤δ·M_src/(m_r+m_f)，其中，

為了保證節(jié)點理性，轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈FCG需要滿足條件：max(α,β)≤δ·M_src/(m_r+m_f)，其中，證明過程如下：

證明：在大聯(lián)盟形成理論中，證明聯(lián)盟中所有節(jié)點都滿足個體理性，即需要證明任意節(jié)點i的支付分配滿足x_i≥v({i})。

情況1，針對中間節(jié)點i的支付分配：如中間節(jié)點i形成一個獨立的聯(lián)盟{i}，則v(i)＝0；同時由于m_r(i)＝m_f(i)＝0，則x_i＝0，即x_i＝v({i})。

情況2，針對目的節(jié)點dest的支付分配：如目的節(jié)點dest形成一個獨立的聯(lián)盟{dest}，則v({dest})＝0；同理由于m_r(dest)＝0，則x_dest＝0，即x_dest＝v({dest})。

情況3，針對源節(jié)點src的支付分配：類似于情況1和情況2，源節(jié)點src形成一個獨立的聯(lián)盟{src}，該聯(lián)盟對應的支付為v({src})＝0。而根據(jù)上述源節(jié)點的支付分配公式，源節(jié)點src的支付分配為x_src：

為了達到源節(jié)點src的個體理性，即x_src≥v({src})，但是由于v({src})＝0，因此只需確保x_src≥0即可，則通過計算不等式得出需要滿足的前提條件如下：max(α,β)≤δ·M_src/(m_r+m_f)。

其中，獎勵因子δ為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S的函數(shù)δ(S)，其中，且max(α,β)≤M_src/(m_r+m_f)。

如果聯(lián)盟中的節(jié)點不滿足聯(lián)盟理性的條件，節(jié)點有可能離開大聯(lián)盟，而加入形成的其它聯(lián)盟中，來使其獲取的支付分配達到最大化。為了便于對聯(lián)盟理性進行分析，本實施方式針對獎勵因子δ進行重新定義，即將δ構造為聯(lián)盟的函數(shù)δ(S)：針對聯(lián)盟S中節(jié)點之間相互轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包(轉(zhuǎn)發(fā)和接收行為)而產(chǎn)生的合作行為所占比例。具體將δ(S)的計算方法定義如下：

在上式中，δ(S)即為在聯(lián)盟S中除源節(jié)點之外的所有節(jié)點產(chǎn)生接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的總數(shù)與大聯(lián)盟中所有節(jié)點對應產(chǎn)生的數(shù)據(jù)包總數(shù)的比值。很顯然，當在大聯(lián)盟中，節(jié)點之間都是相互合作的，可以得出：δ(S)＝1。本文通過引入δ(S)，進一步將聯(lián)盟支付v(S)的計算公式進行更新如下：

因此，怎樣確保在大聯(lián)盟中的任何節(jié)點不產(chǎn)生偏離大聯(lián)盟的行為？即任何節(jié)點都很自愿加入到大聯(lián)盟中，保持在大聯(lián)盟中所獲得的支付分配最大。本實施方式通過如下結(jié)論對以上問題進行證明得出所需要滿足的條件。

結(jié)論：在轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈FCG＝(N,v)中，假設任意聯(lián)盟其對應的聯(lián)盟支付v(S)為：為了確保形成的聯(lián)盟滿足聯(lián)盟理性，則需要滿足如下條件：max(α,β)≤M_src/(m_r+m_f)。即，確保大聯(lián)盟中任何理性節(jié)點都不愿意離開大聯(lián)盟而加入到其他聯(lián)盟中。

證明：情況1，假如聯(lián)盟S中包括src節(jié)點，一個中間節(jié)點i和dest節(jié)點。因此本節(jié)對聯(lián)盟S的聯(lián)盟理性證明轉(zhuǎn)化為對個體理性的證明。由上述的個體理性可知，此情況下聯(lián)盟S滿足聯(lián)盟理性。

情況2，假如聯(lián)盟S中包括src和dest節(jié)點，S中存在其若干中間節(jié)點的情況。本文需要對v(S)和在大聯(lián)盟中部分節(jié)點在聯(lián)盟S所獲得的支付分配之和(∑_i∈Sx_i)進行對比。很顯然，如果∑_i∈Sx_i≥v(S)，則表示不可能有任何節(jié)點的子集形成的聯(lián)盟獲得的聯(lián)盟支付比在大聯(lián)盟中對應獲得的支付分配之和大。因此，本實施方式只需要證明Σ_i∈Sx_i≥v(S)即可，具體證明過程如下：

因此，為了確?！?sub>i∈Sx_i≥v(S)，只需則通過計算不等式得出需要滿足的前提條件即可：max(α,β)≤M_src/(m_r+m_f)。

為了保證FCG中大聯(lián)盟中所有節(jié)點的支付分配具有有效性，本實施方式只需對所有節(jié)點的支付分配總和與該聯(lián)盟對應的聯(lián)盟支付情況進行權衡對比，要求不能存在或多或少都達不到支付分配的可能性。假設N中任意節(jié)點j的支付分配為x_j，而大聯(lián)盟的聯(lián)盟支付為v(N)，則N中所有節(jié)點的支付分配之和為∑_j∈Nx_j，有如下兩個結(jié)論。

其中，定義N中任意節(jié)點j的支付分配為x_j，轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈FCG＝(N，v)大聯(lián)盟的支付為v(N)，N中所有節(jié)點的支付分配之和為∑_j∈Nx_j，則∑_j∈Nx_j＝v(N)。

其中，由N個理性節(jié)點形成的大聯(lián)盟滿足以下第一條件和第二條件，第一條件為：max(α,β)≤M_src/(m_r+m_f)，第二條件為：

結(jié)論：在大聯(lián)盟中，為了大聯(lián)盟中所有節(jié)點的支付分配具有有效性，則需滿足如下條件：∑_j∈Nx_j＝v(N)。

證明：由于大聯(lián)盟中包含了源節(jié)點src和目的節(jié)點dest，則N中所有節(jié)點的支付分配之和為∑_j∈Nx_j。根據(jù)上述中間節(jié)點、目的節(jié)點和源節(jié)點對應的公式，則∑_j∈Nx_j計算如下：

很顯然，大聯(lián)盟所有節(jié)點的支付分配具有有效性。

結(jié)論：在轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈FCG＝(N,v)中，假設任意聯(lián)盟其對應的聯(lián)盟支付v(S)為：N中任意節(jié)點j的支付分配為x_j，如果滿足如下兩個條件：

條件1：α和β參數(shù)滿足：max(α,β)≤M_src/(m_r+m_f)

條件2：

則N中所有節(jié)點的支付分配具有核的特性，并且此時形成的大聯(lián)盟具有穩(wěn)定和非空的聯(lián)盟結(jié)構特性。

通過對轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈FCG節(jié)點支付分配的確定，一方面使得節(jié)點所獲得的支付收益最大化，另一方面使得各個節(jié)點都愿意加入到大聯(lián)盟中，都積極地愿意參與數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，不存在自私的非合作行為，從而確保轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟結(jié)構的穩(wěn)定性得到有效地收斂，網(wǎng)絡節(jié)點之間的合作性保持穩(wěn)定的狀態(tài)。

參見圖3，圖3是本發(fā)明數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈支付模型構建的裝置一實施方式的結(jié)構示意圖，本實施方式的裝置可以執(zhí)行上述方法中的步驟，相關內(nèi)容的詳細說明請參見上述方法部分，在此不再贅敘。

該裝置包括：第一確定模塊101、形成模塊102、第二確定模塊103以及第三確定模塊104。

第一確定模塊101用于確定用于數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的整個網(wǎng)絡G，其中，網(wǎng)絡G由N個理性節(jié)點構成，G為任意有向圖；

形成模塊102用于基于數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)過程，形成轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S，其中

第二確定模塊103用于根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S中所有節(jié)點參與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的情況，確定轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S的特征函數(shù)v，其中，δ為從源節(jié)點src成功發(fā)送數(shù)據(jù)包至目的節(jié)點dest的獎勵因子，M_src為源節(jié)點src預先設置的一個最大的支付費用閾值，C(i)為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點i由于接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本，m_r(i)和m_f(i)分別為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點i接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)和實際轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包個數(shù)；

第三確定模塊104用于基于N個理性節(jié)點的節(jié)點集合和特征函數(shù)v，進而確定數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈的支付模型FCG＝(N，v)。

本發(fā)明實施方式確定用于數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的整個網(wǎng)絡G；基于數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)過程，形成轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S，其中根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S中所有節(jié)點參與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的情況，確定轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S的特征函數(shù)v，其中，δ為從源節(jié)點src成功發(fā)送數(shù)據(jù)包至目的節(jié)點dest的獎勵因子，M_src為源節(jié)點src預先設置的一個最大的支付費用閾值，C(i)為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點i由于接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本，m_r(i)和m_f(i)分別為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點i接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)和實際轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包個數(shù)；基于N個理性節(jié)點的節(jié)點集合和特征函數(shù)v，進而確定數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈的支付模型FCG＝(N，v)。由于特征函數(shù)即是轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟對應的支付，通過這種方式，能夠為后續(xù)的解決Ad hoc網(wǎng)絡中節(jié)點的自私激勵問題進一步提供理論方法和技術支持。

其中，該裝置還包括定義模塊，該定義模塊用于根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟中不同參與節(jié)點的角色類型來分別定義各節(jié)點支付分配的計算方式，節(jié)點的角色類型包括：源節(jié)點、中間節(jié)點以及目的節(jié)點。

其中，定義中間節(jié)點為i，中間節(jié)點i對應的支付為x_i，x_i＝α·m_r(i)+β·m_f(i)-(m_r(i)+m_f(i))·C(i)，其中，α和β分別為節(jié)點i由于接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包而從源節(jié)點src獲得的補償，x_i≥0。

其中，目的節(jié)點dest對應的支付為x_dest，x_dest＝α·m_r(dest)-m_r(dest)·C(dest)，其中，m_r(dest)為目的節(jié)點dest接收到的數(shù)據(jù)包個數(shù)，C(dest)為目的節(jié)點由于接收數(shù)據(jù)包而產(chǎn)生的成本，x_dest≥0。

其中，源節(jié)點src對應的支付為x_src，

其中，轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈FCG滿足條件：max(α,β)≤δ·M_src/(m_r+m_f)，其中，

其中，獎勵因子δ為轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟S的函數(shù)δ(S)，其中，且max(α,β)≤M_src/(m_r+m_f)。

其中，定義N中任意節(jié)點j的支付分配為x_j，轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)盟博弈FCG＝(N，v)大聯(lián)盟的支付為v(N)，N中所有節(jié)點的支付分配之和為∑_j∈Nx_j，則∑_j∈Nx_j＝v(N)。

其中，由N個理性節(jié)點形成的大聯(lián)盟滿足以下第一條件和第二條件，第一條件為：max(α,β)≤M_src/(m_r+m_f)，第二條件為：

以上所述僅為本發(fā)明的實施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護范圍內(nèi)。