راهبردی برای ایجاد انگیزه‌ی همکاری در شبکه‌های اقتضایی متحرک بر اساس مالیات

شبکه‌های اقتضایی متحرک به‌دلیل عدم نیاز به وجود ایستگاه پایه، سریع و بدون هیچ برنامه‌ریزی و زیرساختی از تجهیزات گرانبهای شبکه‌ای برپا می‌شوند. بنابراین، این شبکه‌ها برای کاربردهایی که زیرساخت شبکه‌ای برای آن‌ها
شنبه، 8 شهريور 1393
تخمین زمان مطالعه:
موارد بیشتر برای شما
راهبردی برای ایجاد انگیزه‌ی همکاری در شبکه‌های اقتضایی متحرک بر اساس مالیات
راهبردی برای ایجاد انگیزه‌ی همکاری در شبکه‌های اقتضایی متحرک بر اساس مالیات

 

نویسنده: اهدیه خالدیان(1)
منبع: راسخون




 

چکیده

شبکه‌های اقتضایی متحرک به‌دلیل عدم نیاز به وجود ایستگاه پایه، سریع و بدون هیچ برنامه‌ریزی و زیرساختی از تجهیزات گرانبهای شبکه‌ای برپا می‌شوند. بنابراین، این شبکه‌ها برای کاربردهایی که زیرساخت شبکه‌ای برای آن‌ها موجود نیست و یا نامطمئن است، بسیار مناسب هستند. در شبکه‌های اقتضایی متحرک، به علت اینکه سرویس‌های شبکه توسط خود گره‌ها مهیا می‌شود، عدم همکاری گره‌ها باعث کاهش کارایی و حتی فروپاشی شبکه می‌شود. در واقع چون گره‌های موجود در شبکه منابع انرژی و محاسباتی محدودی در اختیار دارند، انگیزه‌ی وقوع رفتار خودخواهانه، یعنی عدم همکاری در گره‌ها بوجود می‌آید. اخیراً روش‌های زیادی برای حل مشکل عدم همکاری گره‌ها در شبکه‌های بی‌سیم ارائه شده است. در این مقاله به بررسی دو تا از معروفترین این روش‌ها و مشکلاتشان پرداخته است و در نهایت روشی برای حل آن ارائه داده است. نتایج شبیه سازی افزایش میزان همکاری را نشان می‌دهد.
واژه‌های کلیدی: شبکه‌های اقتضایی متحرک، انگیزه‌ی همکاری، رفتار خودخواهانه، سیستم مبتنی بر قیمت، سیستم شهرت

مقدمه

در سال‌های اخیر شاهد پیشرفت تکنولوژی‌های بی‌سیم هستیم و این فن‌آوری به صورت وسیعی در تمام دنیا توسط کاربران در حال استفاده می‌باشد. کاهش چشمگیر هزینه‌های تجهیزات بی‌سیم، سادگی نصب شبکه بی‌سیم، دارا بودن قابلیت تحرک برای کاربران از دلایل افزایش روز افزون شهرت شبکه‌های بی‌سیم هستند. همچنین تمامی خدماتی که در شبکه‌های سیمی به کاربر ارائه می‌شود، به کمک شبکه‌های بی‌سیم نیز به راحتی در اختیار کاربران قرار می‌گیرد [1].
یکی از کاربردی‌ترین شبکه‌های بی‌سیم، شبکه‌ی اقتضایی متحرک(MANET)(2) نام دارد. شبکه‌ی اقتضایی متحرک، مجموعه‌ای از گره‌های متحرک دارای گیرنده-فرستنده‌ی بی‌سیم است که این گره‌ها در یک محیط بی‌سیم و بدون هیچ‌گونه واحد مدیریت مرکزی مانند نقاط دسترسی(3) در شبکه‌های بی‌سیم 802.11 یا برج‌های رادیویی(4) در شبکه‌های سلولی(5) ، مستقیما با یکدیگر در ارتباط هستند. عدم وجود زیرساخت(6) در شبکه‌های اقتضایی متحرک باعث وجود تفاوت‌های اساسی نسبت به دیگر شبکه‌های بی‌سیم و یا سیمی شده است. در این شبکه گره‌ها برای تبادل بسته‌های داده و کنترلی، به‌صورت مستقیم و بی‌واسطه با گره‌های واقع شده در برد رادیویی‌اش، ارتباط برقرار می‌کند و چنانچه مقصد در خارج از این ناحیه بود، با کمک گره‌های میانی مستقر در مسیر، انتقال صورت می‌گیرد و تمام گره‌های موجود در مسیر بین دو گره‌ی مبدأ و مقصد، در این ارتباط مؤثر می‌باشند [2]. این گره‌ها با دریافت یک بسته و ارسال به جلوی(7) آن، باعث دریافت آن بسته در گره مقصد می‌شوند، بنابراین هر گره نقش مسیریاب را هم ایفا می‌کند. بدون همکاری کامل تمام گره‌های درون یک شبکه‌ی MANET، ادامه‌ی بقای شبکه میسر نخواهد بود و به همین دلیل این شبکه‌ها را گاهی شبکه‌های بی‌سیم چندپرشی(8) نیز می‌نامند [3]. به دلیل تحرک گره‌ها، توان باطری محدود و برد رادیویی محدود گره‌ها توپولوژی شبکه به‌طور متناوب و غیرقابل پیش‌بینی متغییر است. به همین علت مسیرهای چند پرشی بین هر دو جفت گره مبدأ و مقصد با گذشت زمان تغییر می‌کند. همچنین فقدان کنترل مرکزی، جهت کارهای کنترلی در شبکه باعث توزیع عملیات از قبیل مسیریابی، دسترسی چندگانه و غیره در بین گره‌ها می‌شود.
شبکه‌های اقتضایی متحرک به‌دلیل عدم نیاز به وجود ایستگاه پایه، سریع و بدون هیچ برنامه‌ریزی و زیرساختی از تجهیزات گرانبهای شبکه‌ای برپا می‌شوند. بنابراین، این شبکه‌ها برای کاربردهایی که زیرساخت شبکه‌ای برای آن‌ها موجود نیست و یا نامطمئن است، بسیار مناسب هستند. انواع این کاربردها شامل شبکه‌های ارتباطی نظامی در میادین جنگ، عملیات نجات اورژانس، عملیات زیر دریا، کاربردهای نظارت بر محیط، کاوش‌های فضایی می‌باشد [2].
همانطور که توضیح داده شد، در شبکه‌های اقتضایی متحرک، به علت اینکه سرویس‌های شبکه توسط خود گره‌ها مهیا می‌شود، عدم همکاری گره‌ها باعث کاهش کارایی و حتی فروپاشی شبکه می‌شود. اما چون گره‌های موجود در شبکه منابع انرژی و محاسباتی محدودی در اختیار دارند، انگیزه‌ی وقوع رفتار خودخواهانه، یعنی عدم همکاری در گره‌ها بوجود می‌آید. یکی از مهمترین کارهایی که تمام گره‌های موجود در شبکه باید در آن همکاری کنند، ارسال به جلوی بسته‌ها است. وقتی یک گره بسته‌ای را که متعلق به خودش نیست، دریافت کند باید آن را به جلو ارسال کند و با تکرار این کار و تدوام همکاری گره‌های دیگر، بسته به مقصد برسد. اما رفتار خودخواهانه‌ی یک گره، یعنی عدم همکاری و حذف بسته دریافتی، با انگیزه‌ی ذخیره‌ی توان باتری آن گره و درنتیجه افزایش طول عمر آن، مشاهده می‌شود. ثابت شده است که حضور تعدادی گره‌ی خودخواه ، کارایی شبکه را به میزان زیادی کاهش می‌دهد[4]. بنابراین تشویق گره‌ها به همکاری و شناسایی گره‌های خودخواه در انتقال بسته‌ها، برای اطمینان از عملکرد درست MANET یک امر ضروری است.
اخیراً روش‌های زیادی برای حل مشکل عدم همکاری گره‌ها در شبکه‌های بی‌سیم ارائه شده است. این روش‌ها را به‌صورت کلی می‌توان به دو گروه اصلی تقسیم کرد: سیستم‌های شهرت(9) و سیستم‌های مبتنی بر قیمت(10). هدف اصلی سیستم‌های شهرت، ارزیابی قابلیت اعتماد هر گره بر اساس رفتارهای آن‌ها و شناسایی گره‌های بدرفتار برطبق ارزش شهرت آن‌ها است. شهرت هر گره با ارسال بسته‌های دریافتی از همسایه‌هایش، افزایش می‌یابد و بالعکس، با حذف بسته‌های رسیده، شهرتش کاهش پیدامی‌کند. در سیستم‌های شهرت هر گره یک جدول از ارزش شهرت گره‌های دیگر درست و نگه‌داری می‌کند. اکثر سیستم‌های شهرت از یک سطح آستانه شهرت برای تمایز بین گره‌های خودخواه و مشارکت کننده استفاده می‌کنند. گره‌هایی که دارای ارزش شهرت بالاتر از سطح آستانه هستند، به عنوان گره‌های مشارکت کننده در نظر گرفته می‌شوند و درغیر این صورت به عنوان گره‌های خودخواه درنظر گرفته می‌شوند. در هنگام مسیریابی بسته‌ها، یک گره، گره‌های مشارکت کننده را به عنوان گره بعدی مسیر انتخاب می‌کنند و از گره‌های خودخواه اجتناب می‌کنند. سیستم‌های شهرت به دو زیر گروه تقسیم می‌شوند: سیستم شهرت مبتنی بر اطلاعات دست اول و دست دوم (11).
در سیستم‌های شهرت مبتنی بر اطلاعات دست اول، یک گره تنها بر اساس مشاهدات شخصی خودش شهرت یک گره را محاسبه می‌کند و از مبادله اطلاعات شهرت جلوگیری می‌شود. اما در سیستم‌های شهرت مبتنی بر اطلاعات دسته دوم، گره‌ها مشاهدات خود از رفتار گره‌های دیگر را از طریق مبادله‌ی مشاهدات خود به‌صورت دوره‌ای، به اشتراک می‌گذارند و میزان شهرت هر گره با استفاده از ترکیب اطلاعات شهرت دست اول و دوم اندازه‌گیری می‌شود [5].
روش اعمال همکاری مبتنی بر مشاهده در شبکه‌های اقتضایی(12) (OCEAN)که در  [6] ارائه شده است، یکی از روش‌های مشهور است که تنها بر اساس اطلاعات دست اول کار می‌کند. OCEAN یک لایه‌ی میانی که بین لایه‌ی شبکه و لایه‌ی MAC قرار می‌گیرد، معرفی می‌کند. این لایه به گره‌ها کمک می‌کند تا به‌صورت هوشمند تصمیم‌گیری‌های ارسال و مسیریابی را انجام دهند. این مدل بر اساس پروتکل مسیریابی DSR طراحی شده است، اما روی پروتکل‌های مسیریابی دیگر نیز قابل استفاده است. در [7] لی بوندک و همکارانش یک روش به نام CONFIDANT ارائه کردند که از ترکیب اطلاعات شهرت دست اول و دوم استفاده می‌کند. CONFIDANT به عنوان بسط یک پروتکل مسیریابی بر اساس تقاضا(13)، مانند DSR، طراحی شده است. CONFIDANT امکان نظارت و گزارش‌دهی برای ایجاد یک مسیر جدید که در آن از گره‌های بدرفتار اجتناب می‌شود، فراهم می‌کند. در این روش فرض شده است که گره‌های منصف(14) و خوش‌رفتار، بسته‌های دریافتی از گره‌های بدرفتار را ارسال نمی‌کنند. مدل CORE که به‌وسیله‌ی میچیاردی و مولوا در  [8]، براساس پروتکل مسیریابی DSR معرفی شده است. این روش از ترکیب تجربیات دست اول و دوم، با استفاده از یک تابع خاص، استفاده می‌کند. این تابع توسط مکانیزم Watchdog برای ارزیابی رفتار گره‌های دیگر مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سیستم‌های مبتنی بر قیمت سرویس‌های ارسال بسته را به عنوان یک معامله تلقی می‌کنند که می‌توان قیمت‌گذاری شوند و مفهوم اعتبار مجازی(پول مجازی) را برای مدیریت معاملات بین گره‌ها معرفی می‌کنند. سرویس گیرنده باید به سرویس دهنده که بسته‌ی آن را ارسال کرده است، اعتبار مجازی پرداخت کند. در این سیستم‌ها گره‌های خودخواه بوسیله‌ی بررسی میزان اعتبار مجازی گره، شناسایی می‌شوند. هر گره که میزان اعتبار آن از صفر کمتر باشد و قادر به پرداخت هزینه ارسال بسته‌هایش نباشد به عنوان گره‌ی خودخواه شناسایی شده و بسته‌های آن توسط گره‌های دیگر ارسال نمی‌شود. به همین دلیل گره‌ها برای بدست آوردن اعتبار مورد نیازشان، تشویق به همکاری و ارسال بسته‌های گره‌های دیگر می‌شوند[9].
بوتیان و همکارش در [10]، یک واحد پولی به نام Nuglet معرفی می‌کنند. هر یک از گره‌ها، از این واحد پولی، برای دریافت خدمات از سایر گره‌ها استفاده می‌کنند. برای ارسال یک بسته از مبدأ به مقصد، یکی از گره‌های مبدأ و یا مقصد، باید به گره‌های میانی هزینه‌ی ارسال را بپردازند. در [11]یک سیستم مبتنی بر قیمت ساده برای شبکه‌های اقتضای متحرک به نام Sprite پیشنهاد شده است. این سیستم از یک بانک مرکزی ((15) CCS) برای کنترل معاملات جهت ارسال بسته‌ها استفاده می‌کند.
در [9]، زی لی و همکاران وی از ترکیب سیستم مبتنی بر قیمت و سیستم شهرت برای ایجاد انگیزه‌ی همکاری در شبکه‌های اقتضایی متحرک استفاده کرده‌اند.

بیان مسأله

یک سیستم برای اینکه بتواند بطور مؤثر گره‌ها را به همکاری تشویق کند، باید دو ویژگی داشته باشد: 1) انگیزه‌ی همکاری قوی که گره‌ها را به همکاری ترغیب کند و 2)‌ شناسایی سریع و مؤثر گره‌های خودخواه جهت تنبیه. سیستم شهرت از یک سطح آستانه‌ی شهرت برای ایجاد تمایز بین گره‌های خودخواه و همکاری کننده استفاده می‌کند و در شناسایی گره‌های خودخواه به‌صورت مؤثر عمل می‌کند. اما سیستم شهرت تا وقتی در گره‌ها انگزیه‌ی همکاری ایجاد می‌کند که سطح شهرت گره بیشتر از سطح آستانه شود و برای گره‌هایی که دارای شهرت بیشتر از سطح‌آستانه هستند، انگیزه‌ی همکاری ایجاد نمی‌کند. گره‌ها تا وقتی همکاری می‌کنند که سطح شهرت آن‌ها بیشتر از سطح آستانه شود و پس از آن شروع به عدم همکاری و نشان دادن رفتار خودخاهانه می‌کنند. در این سیستم گره‌ها فقط سطح شهرت خود را بیشتر از سطح آستانه حفظ می‌کنند و سطح شهرت گره در اطراف سطح آستانه نوسان می‌کند. بنابراین سیستم شهرت همیشه گره‌ها را به همکاری در ارسال بسته‌ها تشویق نمی‌کند و انگیزه‌ی همکاری قوی نمی‌تواند ایجاد کند. سیستم‌های مبتنی بر قیمت می‌توانند برای گره‌ها انگیزه‌ی همکاری قوی فراهم کنند اما در فراهم کردن مکانیزمی مؤثر برای شناسایی گره‌های خودخواه با شکست روبرو می‌شود. سیستم‌های مبتنی بر قیمت، گره‌های خودخواه را بوسیله‌ی بررسی کردن موجودی حساب گره و مقدار پولی که دارا می‌باشد، شناسایی می‌کنند. گره‌ای که موجودی حساب‌اش صفر است،‌ یعنی پولی نداشته باشد،‌ به‌عنوان گره‌ی خودخواه در نظر گرفته می‌شود. از این‌رو سیستم‌های مبتنی بر قیمت نمی‌توانند بعضی از گره‌های خودخواه را که بسته‌های رسیده به آن را دورمی‌ریزد ولی موجودی حسابش بیشتر از صفر است، شناسایی کنند. گره‌های خودخواه واقع در ناحیه‌های پرترافیک هستند که چون میزان بسته‌های دریافتی گره بیشتر از بسته‌هایی است که تولید می‌کند سیستم‌های مبتنی بر قیمت نمی‌توانند آن ها را که شناسایی و تنبیه کنند. از طرف دیگر سیستم مبتنی بر قیمت برای گره‌هایی که در مناطق کم ترافیک قرار دارند، یک سیستم ناعادلانه است. چنین گره‌ای امکان به‌دست آوردن پول کافی جهت خریدن سرویس ارسال برای بسته‌های تولیدی‌اش ندارد، با وجود اینکه گره همکاری کرده است و گره‌ی خودخواهی نبوده است [9].
در سیستم ترکیبی سعی شده است که با ترکیب هر دو سیستم مبتنی بر قیمت و سیستم شهرت، از مزایای هر دو سیستم استفاده شود و همچنین بر مشکلات آن‌ها غلبه شود. در این سیستم گره‌ای به عنوان خودخواه درنظر گرفته می‌شود که یا سطح شهرت آن از سطح‌آستانه کمتر باشد و یا میزان موجودی پولش از صفر بیشتر نباشد. همچنین در این سیستم، یک استراتژی دیگر هم علاوه بر دو سیستم قبلی بکار گرفته شده است. استراتژی جدید به این شکل است که قیمت سرویس ارسال بسته mp با استفاده از شهرت گره‌ی سرویس گیرنده تعیین می‌شود. اگر p هزینه‌ی پایه‌ی سرویس ارسال بسته باشد و Ri میزان شهرت گره‌ی i باشد، هزینه‌ی سرویس ارسال بسته برای گره‌ی i برابر است با
راهبردی برای ایجاد انگیزه‌ی همکاری در شبکه‌های اقتضایی متحرک بر اساس مالیات (1)
بنابراین یک گره با شهرت بالا پول کمتری در مقایسه با یک گره با شهرت پایین،‌ برای سرویس ارسال بسته می‌پردازد. در مقایسه با سیستم شهرت، سیستم ترکیبی به صورت مؤثرتری از آن دسته گره‌های خودخواه که فقط شهرتشان را بیشتر از سطح آستانه حفظ می‌کنند، جلوگیری می‌کند. چون گره‌های خودخواه باید پول بیشتری برای ارسال بسته پرداخت کنند که موجب خالی شدن حساب پولی آن‌ها در مدت کوتاهی می‌شود و در نتیجه برای کسب پول مورد نیاز خود، دوباره باید شروع به همکاری کنند. در مقایسه با سیستم مبتنی بر قیمت، سیستم ترکیبی گره‌های ثروتمند را نیز به همیشه همکاری کردن در ارسال بسته تشویق می‌کند چون این گره‌ها برای بدست آوردن شهرت بیشتر جهت کمتر شدن قیمت سرویس هزینه‌ی ارسال، تلاش می‌کنند. سیستم ترکیبی همچنین می‌تواند گره‌های ثروتمند و خودخواه واقع در مناطق پرترافیک را از طریق میزان شهرت و تشویق این گره‌ها به همکاری کردن، شناسایی می‌کند. اگر میزان شهرت یک گره کمتر از سطح آستانه باشد (R < TR)، درخواست انتقالش،‌ بدون در نظر گرفتن ثروت آن، توسط گره‌های دیگر رد می‌شود. بنابراین این گره‌ها همکاری در ارسال بسته را ادامه می‌دهند[9]. اما مشکل گره‌های واقع در مناطق کم‌ترافیک همچنان باقی است. چون این گره‌ها شانس به‌دست آوردن پول کافی برای ارسال بسته‌هایشان را ندارند، شهرتشان هم افزایش پیدا نمی‌کند و باید پول زیادی را برای ارسال بسته‌هایشان، با وجود درآمد کم و یا عدم درآمد، پرداخت کنند.

ارائه راه حل

برای حل این مشکل یک سیستم ترکیبی جدید ارائه می‌دهیم که علاوه بر همه‌ی استراتژی‌های به کار گرفته شده در سیستم ترکییبی قبلی،‌ از یک استراتژی جدید نیز استفاده می‌کند. استراتژی جدید که برای حل مشکل گره‌های واقع در مناطق کم ترافیک می‌باشد،‌ ترکیبی از ایده‌ی مالیات و الگوریتم شایعه‌پراکنی(16) می‌باشد. استراتژی جدید به این صورت است که اگر موجودی حساب هر گره، یعنی میزان پولی که دارد، از یک سطح آستانه بیشتر شود، گره مقدار اضافه‌ی آن را به عنوان مالیات پرداخت کند. پرداخت مالیات توسط گره‌ها، با استفاده از الگوریتم شایعه‌پراکنی انجام می‌شود، بدین صورت که هر گره به‌صورت متناوب، موجودی حسابش را بررسی می‌کند و در صورت بیشتر بودن موجودی از سطح آستانه، مقدار اضافی را به یکی از همسایه‌هایش که هر بار به صورت تصادفی انتخاب می‌شود،‌ به عنوان مالیات پرداخت می‌کند. اما گره‌ی همسایه را از بین همسایه‌هایی انتخاب می‌شود که میزان شهرت آن‌ها از سطح‌آستانه بیشتر باشد تا پول به گره‌های خودخواه نرسد و از این طریق گره‌هایی که به دلیل خودخواهی و عدم‌همکاری پولی کسب نکرده‌اند، امکان ارسال بسته پیدا نکنند. چون هدف ما از مالیات دادن گره‌ها این است که به گره‌هایی کمک شود که در ارسال بسته‌ی گره‌های دیگر همکاری کرده‌اند ولی به دلیل مکانی که قرار دارند امکان کسب پول کافی برای ارسال بسته‌هایشان را ندارند و در نتیجه به‌تدریج موجوی آن‌ها خالی می‌شود و نمی‌توانند بسته‌ای را ارسال کنند. به دلیل استفاده از الگوریتم شایعه‌پراکنی، پول به تدریج در بین گره‌هایی که دارای شهرت بیشتر از سطح آستانه هستند، توزیع می‌شود. بنابراین گره‌هایی که دارای شهرت بالاتر از سطح آستانه هستند ولی پول کافی برای ارسال بسته‌هایشان ندارند و همچنین شانس کسب در آمد را ندارند، با استفاده از مالیات رسیده از گره‌های دیگر می‌توانند بسته‌های خود را ارسال کنند و دوباره شانس ارسال بسته و استفاده از شبکه را به دست می‌آورند. همچنین گره‌های که هم شهرت بالا و هم پول کافی دارند، پول‌های رسیده ناشی از مالیات را دوباره به همان ترتیب گفته شده، یعنی به یکی از همسایه‌هایش که دارای شهرت بالاتر ازسطح آستانه است و به صورت تصادفی انتخاب شده است، به عنوان مالیات پرداخت می‌کند.
در سیستم ترکیبی جدید که بر اساس مالیات کار می‌کند، از تمام نکات مفید سیستم های قبلی هم استفاده می‌شود. در این سیستم گره‌ای به عنوان خودخواه در نظر گرفته می شود که یا شهرت آن از سطح آستانه کمتر باشد و یا موجودی حسابش از صفر بیشتر نباشد. چون در این سیستم از شهرت هم استفاده می‌شود، گره‌های که دارای پول زیادی هستند و یا به دلیل قرار گرفتن در مناطق پر ترافیک، درآمد بالایی دارند، در صورت عدم همکاری، میزان شهرت آن‌ها کاهش پیدا می‌کند و به عنوان خودخواه شناسایی می‌شوند و بسته‌های آن‌ها توسط گره‌های دیگر ارسال نمی‌شود. همچنین به دلیل استفاده از مفهوم پول، گره‌ها بعد از اینکه شهرت آن‌ها از سطح آستانه بیشتر شد، باز هم انگیزه‌ی همکاری دارند. چون در صورت عدم همکاری باید پول بیشتری را برای سرویس ارسال بسته پرداخت کنند و در نتیجه در مدت کوتاهی موجودی آن‌ها صفر می‌شود و به عنوان گره‌ی خودخواه شناسایی می‌شوند. همچنین همانطور که توضیح داده شد با استفاده از ایده‌ی مالیات مشکل گره‌های قرار گرفته در مناطق کم‌ترافیک حل می‌شود. بنابراین سیستم ترکیبی بر اساس مالیات، هم انگیزه‌ی بالایی برای همکاری در گره‌ها همیشه ایجاد می‌کند و هم در شناسایی گره‌های خودخواه به صورت مؤثر عمل می‌کند.

شبیه‌سازی و تحلیل نتایج

در این بخش با شبیه‌سازی سیستم ترکیبی ایجاد انگیزه‌ی همکاری بر اساس مالیات، که در بخش قبلی ارائه کردیم، با استفاده از برنامه‌ی شبیه‌ساز شبکه‌ی NS-2 ، کارایی آن را ارزیابی می‌کنیم. در این شبیه‌سازی میزان کارایی سیستم ارائه شده را در ایجاد انگیزه‌ی همکاری و شناسایی گره‌های خودخواه، ارزیابی می‌کنیم و همچنین نتایج حاصل را با سیستم‌های مبتنی بر قیمت و سیستم شهرت و سیستم ترکیبی ارائه شده در [9] مقایسه می‌کنیم.

4-1- محیط شبیه‌سازی

پارامترهای مورد استفاده در شبیه‌سازی به‌صورت خلاصه در جدول (1) نشان داده شده است. در شبیه‌سازی شبکه‌ی اقتضایی متحرک، 100 گره‌ی مستقل و یکسان در فضایی به اندازه‌ی 500 * 500 متر مربع قرار دارد. دامنه‌ی انتقال هر گره 250 متر است. مکان اولیه‌ی هر گره به صورت تصادفی انتخاب شده است و همچنین با حداکثر سرعت 20 متر بر ثانیه به سمت مکان‌های که تصادفی انتخاب شده است،حرکت می‌کند. در این شبیه‌سازی مقدار اولیه‌ی شهرت هر گره برابر 0.7 می‌باشد. در هر ثانیه ده گره را به صورت تصادفی انتخاب می‌کنیم و هر یک از آن‌ها یک بسته به یکی از همسایه‌هایش که به صورت تصادفی انتخاب شده است، می‌فرستد. اگر همسایه بسته را ارسال کند،‌ شهرت آن 0.1 بیشتر می‌شود و اگر بسته را حذف کند و ارسال نکند، شهرتش 0.1 کم می‌شود. این شبیه‌سازی به مدت 1000 ثانیه انجام می‌شود.
شکل (1) موجودی حساب گره‌های واقع در مناطق کم‌ترافیک را در زمان شبیه‌سازی نشان می‌دهد. همانطور که در شکل می‌بینیم، سیستم‌شهرت چون از پول استفاده نمی‌کند، موجودی حساب‌گره‌ها تغییری نمی‌کند. در سیستم مبتنی بر قیمت، چون این گره‌ها درآمدی ندارند، پس از مدتی موجودی حساب آن‌ها تمام می‌شود و دیگر نمی‌توانند بسته‌ای ارسال کنند. در سیستم ترکیبی قبلی هم این گره‌ها پس از مدتی،‌ به دلیل خالی شدن حسابشان، توانایی ارسال بسته‌هایشان را ندارند اما چون هزینه‌ی سرویس ارسال بر اساس شهرت تعیین می‌شود، درسیستم ترکیبی این گره‌ها هزینه‌ی کمتری پرداخت می‌کنند و در مدت طولانی‌تری موجودی حسابشان صفر می‌شود. اما در سیستم ترکیبی مبتنی بر مالیات که ارائه کردیم، همانطور که در شکل می‌بینیم، چون به صورت دوره‌ای گره‌ها ثروتمند مالیات پرداخت می‌کنند، موجودی حساب گره‌های واقع در مناطق کم‌ترافیک به دلیل دریافت مالیات افزایش پیدا می‌کند. در شکل (1)‌ در زمان‌های 80، 180 و .... همانطور که می‌بینیم، با دریافت مالیات موجودی گره‌ها افزایش یافته و درنتیجه دوباره توانایی ارسال بسته پیدا می‌کنند. شکستگی‌های نمودار سیستم ترکیبی مبتنی بر مالیات، دریافت مایات را نشان می‌دهد و گره‌های واقع در مناطق کم‌ترافیک همچنان می‌توانند در شبکه فعالیت داشته باشند.
راهبردی برای ایجاد انگیزه‌ی همکاری در شبکه‌های اقتضایی متحرک بر اساس مالیات
شکل (1) موجودی حساب گره‌های واقع در مناطق کم‌ترافیک
جدول (1) پارامترهای شبیه‌سازی

نام پارامتر

مقدار پارامتر

زمان شبیه‌سازی

1000 s

منطقه‌ی شبیه‌سازی

m 250    m 250

تعداد گره‌ها

100

دامنه‌ی انتقال(17)

m  250

مدل حرکتی

تصادفی

حداکثر سرعت

20 m/s

اندازه‌ی بسته

bytes  500

نوع MAC

802.11Mac/

آنتن

Omni-antenna

مدل انتشار رادیویی(18)

Two ray ground

نتیجه‌گیری

در این مقاله با استفاده از ایده‌ی مالیات و همچنین ترکیب سیستم‌های شهرت و سیستم مبتنی بر قیمت، یک سیستم ترکیبی جهت ایجاد انگیزه‌ی همکاری بالا در شبکه‌های اقتضایی متحرک ارائه شد. طبق نتایج شبیه‌سازی انجام شده، سیستم ترکیبی جدید رائه شده، انگیزه‌ی همکاری بهتری نسبت به سیستم شهرت و سیستم مبتنی بر قیمت ایجاد می‌کند. همچنین در شناسایی گره‌های خودخواه از هر دو سیستم شهرت و سیستم مبتنی بر قیمت مؤثر عمل می‌کند. سیستم ترکیبی جدید رائه شده در ایجاد انگیزه‌ی همکاری و شناسایی گره‌های خودخواه، رفتار مشابه سیستم ترکیبی قبلی دارد اما در سیستم ترکیبی قبلی با گره‌های واقع در مناطق کم‌ترافیک رفتار عادلانه‌ای انجام نمی‌شود که در سیستم ترکیبی ارائه شده، با استفاده از مالیات،این نابرابری را جبران و به این گره‌ها کمک می‌شود که به فعالیت خود در شبکه ادامه دهند.

پي‌نوشت‌ها:

1- کارشناسی ارشد معماری کامپیوتر
2- Mobile ad hoc Network
3- Access points
4- Radio towers
5- Cellular networks
6- Infrastructure
7- Store-and-forward
8- Multihop wireless network
9- Reputation systems
10- Price-base systems
11- First-hand based and second-hand based
12- Observation-based cooperation enforcement in ad hoc networks (OCEAN)
13- On-demand routing protocol
14- Fair nodes
15- Credit clearance service
16- Gossip
17- Transmission range
18- Radio propagation model

منبع مقاله :
[1] L. Buttyan and J. Hubaux, "Security and cooperation in wireless networks: thwarting malicious and selfish behavior in the age of ubiquitous computing," Cambridge Univ Pr, 2007.
[2] Samavati. H “ An adaptive model for Mobile Ad-hoc networks” , Master thesis.
[3] S. Wu and Y. Tseng, "Wireless ad hoc networking: personal-area, local-area, and the sensory-area networks," Auerbach Pub, 2007.
[4] S. Marti, T.J. Giuli, K. Lai, and M. Baker, “Mitigating Routing Misbehavior in Mobile Ad Hoc Networks,” Proc. ACM MobiCom, pp. 255-265, 2000.
[5] G.F. Marias, P. Georgiadis, D. Flitzanis, K. Mandalas. “Cooperation enforcement schemes for MANETs: A survey,” Wireless Communications and Mobile Computing, pp. 319-332, 2006.
[6] S. Bansal and M. Baker, “Observation-Based Cooperation Enforcement in Ad Hoc Networks,” Arxiv preprint cs/0307012, 2003.
[7] S. Buchegger and J.-Y.L. Boudec, “Performance Analysis of the Confidant Protocol,”Proc. ACM MobiHoc, pp. 226-236, 2003.
[8] P. Michiardi and R. Molva, “CORE: A Collaborative Reputation Mechanism to Enforce Node Cooperation in Mobile Ad Hoc Networks,” Proc. Sixth Joint Working Conf. Comm. and Multimedia Security (CMS), pp. 107-121, 2002.
[9] Z.Li, H.Shen, “Game-theoretic analysis of cooperation incentive strategies in mobile ad hoc networks, ” IEEE Transactions on Mobile Computing, pp. 1287-1303, 2012.
[10] L. Buttyan and J. Hubaux, “Enforcing Service Availability in Mobile Ad-Hoc WANS,” Proc. ACM MobiHoc, pp. 87-96, 2000.
[11] S. Zhong, J. Chen, and Y.R. Yang, “Sprite: A Simple Cheat-Proof, Credit-Based System for Mobile Ad Hoc Networks,” Proc. IEEE INFOCOM, pp. 1987-1997, 2003.



 

 



ارسال نظر
با تشکر، نظر شما پس از بررسی و تایید در سایت قرار خواهد گرفت.
متاسفانه در برقراری ارتباط خطایی رخ داده. لطفاً دوباره تلاش کنید.
موارد بیشتر برای شما