機會網絡中自私節點的激勵機制研究

肖 楠，宋科寧，鄧 敏，熊曾剛，徐 瓊，徐 方

(1.湖北工程學院 計算機與信息科學學院，湖北 孝感 432000;2.中國人民解放軍95829部隊戰勤保障隊，湖北 孝感 432000;3.湖北大學 計算機與信息工程學院，湖北 武漢 430062)

在移動智能設備普及的時代，無線通信技術發展迅速，許多無線自組織網絡也相繼出現，如Ad Hoc網絡(Mobile Ad-hoc NETworks，MANET)、無線傳感器網絡等。而處于無線自組織網絡中的設備在通信之前都需要提前建立一條完整的端到端鏈路，然而由于節點的頻繁移動、分布不均勻等因素的影響，通信雙方的連接經常會中斷，最終導致設備間無法正常通信。在這種情況下，機會網絡(Opportunistic Networks)[1-3]提供了一種新的訪問方式，讓設備可以在沒有通信鏈路的情況下完成通信。

機會網絡[1-3]是一種新的自組織網絡，它主要依靠節點間的移動和相遇完成消息的轉發過程，并且利用了“存儲-攜帶-轉發”的通信方法將消息從源節點傳遞到目的節點，從而實現節點間消息的傳輸。

但是機會網絡沒有固定的拓撲結構，節點間的通信范圍有限，數據傳輸過程中很難實現直接傳輸，因此機會網絡利用節點間的相遇選擇中繼節點轉發數據，從而具有傳輸延遲、傳輸成功率較低等問題。而以往的研究重點集中在路由算法上，沒有深入研究過節點的行為，并且現有的算法也都是基于節點間的完全合作，沒有考慮過節點是否自私。如果節點是自私的，就會直接影響到消息的成功轉發，并且網絡很難對節點行為實行監督和管理。此外，在現實生活中一個人就是一個節點，這就給節點賦予了社會屬性，因此節點很容易產生自私行為，從而影響網絡的性能，也給機會網絡帶來了巨大挑戰。因此，如何激勵機會網絡中的自私節點參與數據轉發成為目前研究的熱點。

1 自私節點概述

機會網絡主要以“存儲-攜帶-轉發”的轉發方式實現節點間的通信，而由于沒有完整的通信鏈路，所以節點能夠自己決定是否進行數據轉發。但又因為資源有限，節點不愿意轉發消息，因此很容易產生自私行為[4-9]。

1.1 節點自私的原因

在機會網絡中節點產生自私行為的原因主要有以下幾種[4-9]：

1)有限的網絡資源。由于節點只有有限的能量、緩存空間等資源，因此在數據轉發的同時節點會使用自身的緩存空間存儲數據，消耗自身的能量轉發數據給下一跳節點，并且參與轉發的節點還不會獲得任何的收益，所以很容易導致節點產生不參與合作轉發或者直接丟棄轉發內容的自私行為。

2)維護隱私安全。節點在幫助傳輸信息的同時，會暴露自己的地址、身份等相關信息，從而使惡意節點容易攻擊中繼節點，損害節點自身利益。因此，在沒有任何中繼保護或者是利益獲取的情況下，節點不會參與數據轉發。

3)追求最大利益。比如基于虛擬貨幣的激勵策略和基于聲譽的激勵策略。每個節點都有一定的虛擬貨幣或聲譽，而轉發數據會獲得相應的貨幣或聲譽值。這時節點就會為了追求最大利益，偽造信息和欺騙消息發送者，從而制造自己成功轉發的假象，獲得相應的虛擬貨幣和聲譽值，但是實際上節點并沒有參與轉發。

1.2 自私節點的分類

按照上述節點自私的原因，自私節點可以分為以下三類：

1)最大利益化的節點。節點希望最大限度地利用網絡資源并且盡可能地減少資源消耗。那么這類節點就會拒絕參與轉發其他節點的數據包，但是它們會復制自己的數據包，提高傳輸成功率并減少網絡的傳輸延遲。這就會導致其他節點的利益和網絡的性能受到影響。

2)資源不足的節點。當節點資源不足時， 它們沒有精力去轉發其他節點的數據包， 因此往往會表現出不參與數據包轉發或直接丟棄數據包的自私行為。

3)惡意節點。這類節點會偽造信息并且欺騙其他節點證明自己并非自私節點，引誘其他節點選擇自己作為中繼節點轉發數據從而騙取利益，降低網絡性能。

另外自私節點也可以根據資源限制和社會關系將自私節點分為個體自私節點和社會自私節點。

1)個體自私節點。由于能量、緩存空間等有限的資源，節點很容易產生自私行為。因此，這類節點它們主要是轉發自己的信息，但是拒絕為其他節點轉發信息。

2)社會自私節點。因為社會屬性的關系，節點會具有不同的社會關系，所以很容易影響節點的行為。這類節點主要是根據它們的社會關系來減輕自己的自私程度，并且只轉發那些與它們有緊密社會關系的節點傳遞過來的信息，從而導致了網路中節點的自私行為。

1.3 自私節點的檢測

隨著自私節點的數量增加，網絡中傳遞消息的數量會迅速減少，性能降低。因此，如果可以發現并阻止節點的自私行為，即使所有節點都傾向于自私行為，也有可能實現節點完全協作時的相同性能。但是，機會網絡中節點的行為會受到各種內部因素和外部因素的影響，所以節點表現出來的自私方式也各有不同。因此，制定不同的檢測機制并使用檢測機制檢測出自私節點是有必要的，這樣可以減少自私節點對路由算法的干擾，降低其對網絡性能的影響。目前，已經提出了幾種機制用來檢測網絡中節點對消息的拒絕轉發和丟棄行為。主要應用于自私節點的檢測方法[9]有以下幾種：

1)鄰居監測。Marti等[10]提出了一個眾所周知的監控系統——“看門狗系統”，它的原理如圖1所示。假設存在一條從節點S經過中間節點A、B、C到達節點D的路徑，節點A不能直接傳輸到節點C但它可以監聽節點B的通信。因此，當節點A發送一個數據包給節點B去轉發給節點C的時候，節點A通常可以知道節點B是否發送了這個數據包，并且，如果沒有為轉發過程單獨執行加密操作，那么節點A還可以判斷節點B是否篡改了數據。所以，Watchdog算法的主要過程是：節點會將需要發送的數據包放在自己的緩沖區中，然后通過維護最近發送過數據包的緩沖區，將每個監聽到的數據包與緩沖區中的數據包進行比較，查看是否存在匹配。如果存在匹配，則證明此數據包已被轉發，Watchdog算法會將緩沖區中的數據包刪除。當然，如果緩沖區中的數據包超過一定的生存周期，那么Watchdog會給負責轉發這個數據包的節點增加一條故障記錄。當故障記錄超過一定的閾值后，Watchdog就會將這個節點認定為行為不當的節點，同時將這條認定消息發送并告知源節點。因此，看門狗主要用來檢測行為不當的節點，其中消息的發送者會驗證它遇到的節點是否轉發了消息。

但是此監控方法中的節點A只能判斷節點B是否將數據包發送給節點C，但是它無法判斷節點C是否接收到數據包，所以看門狗檢測機制無法觀察出第二跳節點的行為。

2)確認機制。TCP協議采用的就是端到端的確認機制(Acknowledgement, ACK)，接收端發送確認，并通知發送端接收到連續數據流中某些位置的數據包。這種選擇性確認(Selective ACK，SACK)技術主要用于確認無序的數據塊。Liu等[11]提出了一種2ACK機制，其中消息的接收者要發送兩次確認包-2ACK給發送者，以確認消息已經成功接收。而2ACK技術與TCP協議中的ACK和SACK方案的不同之處在于：2ACK機制試圖檢測那些行為不端的節點，這些節點貪婪地為源節點轉發數據包，但在數據包到達時卻拒絕轉發；但TCP使用ACK和SACK卻是用來度量當前路由的有用性，并采取適當的行動。所以2ACK機制的基本思想是：當節點收到上一跳節點發送的數據包后，它會立刻采用洪泛的方式給上一跳節點發送確認信息。節點的檢測過程如圖2所示，當節點在下一跳節點上成功轉發數據包時，下一跳鏈接的目標節點將返回一個稱為2ACK的特殊兩跳確認，以表明數據包已成功接收。但是這樣的2ACK傳輸只發生在小部分數據包中而不是所有數據包，這種選擇性確認目的在于減少由2ACK方案引起的額外路由開銷。

3)自主檢測。Bigwood和Henderson[12]提出了IRONMAN算法，用來判斷節點的自私性。機會網絡中的每個節點都會記錄下自己與其他節點的相遇信息，IRONMAN算法主要是利用這一信息來獲取節點間的合作情況，從而判斷節點是否是自私的。算法的實現過程如圖3所示，節點A想發送消息給B，但是它先遇見了節點C并把消息轉發給C，因為節點A認為C會在自己之前先遇見B。之后，節點C遇見了B，但因為它的自私，所以并沒有把消息轉發給節點B。后來，節點A遇到B后交換了雙方的歷史相遇信息，并且A告訴B它讓節點C把信息轉發給B。因此，節點B知道自己遇見了C但沒有接收到信息，從而也知道了節點C是自私節點。然而，在這一檢測過程中每個節點都是隨機移動的，所以并不能確定節點間下次的相遇時間，因此這類檢測并不能滿足一定的時效性。

4)基于聲譽檢測。在聲譽系統中，每個節點都有一定的聲譽值。而聲譽值是信用高低的體現，因此系統需要設置一定的閾值，當節點的聲譽值小于閾值的時候，節點就被確定為自私節點。Behrouz等[13]在Watchdog的機制上增加了聲譽機制，節點會根據直接和間接的檢測信息更新其他節點的信譽值，并更新自己對于其他節點的看法，從而判斷出其他節點是否是自私節點以及它們自私的程度。而Buchegger和Le Boudet[14]采用的檢測方法主要來源于Dawkins[15]所提出的“自私的基因”這一靈感， Dawkins使用了一個生態實例解釋了鳥類將寄生蟲從對方頭上清除的生存機會以及由此產生的基因選擇。他將鳥分成兩類：第一種是“傻瓜”，總是無條件幫助其他鳥類，第二種是“騙子”，總是欺騙其他鳥類讓它們把寄生蟲從頭上清除，卻沒有回報它們。顯然，欺騙者比較有優勢，但是隨著時間的推移，這兩者都會被淘汰。因此，他介紹了第三種鳥——“吝嗇鬼”，這種鳥開始會幫助每一只鳥，但慢慢地它不會再幫助那些不回報的鳥。所以，模擬顯示，當剛開始的時候，大多數都是騙子，只有少數人是傻瓜和吝嗇鬼，但隨著時間的流逝吝嗇鬼會獲得最大的利益并最終獲勝。正如Dawkins所解釋的那樣，互惠、利他主義對每一個生態系統都是有益的。當同時給予恩惠時，節點就會因為即時的滿足而存在著一種內在的合作動機，但當給予幫助和償還之間存在延遲的時候，合作的好處就不那么明顯了。因此，CONFIDANT[14]利用了這一現象為路由和轉發優惠定義了合適的成本和利潤，并且維護了非合作節點的經驗歷史，從而使自私節點退出系統。

另外，CORE算法[16]也是利用watchdog和聲譽機制檢測出行為不當的節點，但在進行信譽評估時，CORE把信譽值分成主觀信譽、間接信譽和功能信譽。直接信譽是直接由主體的觀察計算得到的，主要是給在過去的檢測中出現的零星不當行為在最近的觀察中做一個最小的影響評估值，從而避免由于鏈接中斷或者是因為不利節點引起的局部不當行為導致的錯誤檢測。主觀信譽的評價只考慮到主體與其相鄰主體之間的直接交互，而引入間接信譽可以增加反映復雜社會特征的可能性，同時主觀信譽的最終價值也會受到社區其他成員提供的信息的影響。功能信譽是用來描述根據不同功能計算出來的主觀信譽和間接信譽。間接信譽只考慮了積極價值，而功能信譽的引用增加了計算一個考慮不同觀察或評估標準的主觀信譽整體價值的可能性。然而，為了提高信譽值的準確性， 在評估節點的信譽值時， 不僅要考慮周圍的節點， 還要考慮多跳節點。

5)基于貨幣檢測。在基于貨幣的激勵機制中，往往容易自私的節點主要表現為貧窮節點和富裕節點。目前，大部分的激勵策略主要都是針對只擁有少量貨幣的節點處理問題，因為人們普遍認為貧窮的節點更容易表現出自私，但其實富裕節點也會表現出它的自私性。文獻[17]提出了一種基于IND算法的檢測機制，主要是通過獲取網絡中每個節點的貨幣值來構建哈希表，然后利用齊夫定律[18]及基尼系數定理[19]來判斷每個節點是否是富裕節點，同時更新每個節點的貨幣變化，設定一定的值作為閾值，從而實現對節點的監測處理。當把富裕節點一段時間內所擁有貨幣的平均值與最近一次更新貨幣平均值進行比較，差值大于閾值時，該節點在很大程度上表現出偏好自私性，那么此節點被認為是自私節點。

2 激勵機制

目前，解決節點自私行為的方案[20]大體可以分為三大類：基于聲譽的激勵機制、基于貨幣的激勵機制、基于博弈論的激勵機制。基于聲譽的激勵機制主要是通過基于聲譽的檢測來判斷節點是否自私，并制定一些懲罰機制或鼓勵機制，從而達到激勵自私節點參與數據轉發的合作中；基于貨幣的激勵機制主要是利用貨幣對轉發服務進行定價，節點通過支付虛擬貨幣去購買服務的方式去激勵節點參與合作轉發從而獲取報酬；基于博弈論的激勵機制主要是利用討價還價等策略為兩個節點之間的合作提供等價的交易，從而激勵節點幫助轉發消息。

2.1 基于聲譽的激勵機制

基于聲譽的激勵機制主要是利用信譽值來評判節點是否自私，同時采用了Watchdog機制來更新并監測節點的信譽變化。當節點因為有限的資源而自私地拒絕為其他節點轉發數據或者接收數據后丟棄時，該節點的信譽值就會降低，而低于一定的閾值后就會以廣播的形式告知網絡中的每個節點，從而被整個網絡屏蔽，不再參與任何數據的轉發也不會有任何的節點幫助其轉發。當節點愿意為其他節點轉發數據時，該節點的信譽值就會升高。因此為了自身的信譽以及避免被隔離的風險，節點會選擇參與數據轉發的合作，以此達到了激勵自私節點的目的。

Xu等[21]提出了一個安全的基于信譽的動態窗口協議——SReD協議，它是一種基于鏈路狀態的本地化多路徑路由方案，主要包括以下三種模式：

1)基于信譽的路由生成模式。節點在其通信范圍內搜索具有最高信任索引的下一跳節點，以此生成路由。鄰居節點的信任索引由本地信任索引和信譽索引兩部分構成，這種聲譽機制可以最大限度地減少消息偽造，修改攻擊，黑洞攻擊和DOS攻擊。這種模式強調效率，在此模式下可以快速找到最佳路線。

2)概率路由生成模式。該模式的節點以概率方式生成路由。由于沒有策略應用于下一跳選擇過程，因此該模式比以前提出的路由算法更能抵抗各種攻擊，例如蟲洞和惡意攻擊。但是，這種模式必須犧牲一定的轉發效率才能獲得所需的安全性。

3)動態窗口機制。該機制可以自適應地切換上述兩種模式，實現了轉發效率與安全性之間的良好折衷。在此模式下，更新并維護動態窗口，其窗口大小表示了網絡環境的安全質量。如果網絡環境被認為是良性的，則該節點使用基于信譽的路由生成模式；否則節點將使用概率路由生成模式。

Li等[22]提出了一種機會網絡信譽輔助數據轉發協議——RADON協議，主要是將設計的聲譽框架與數據轉發協議集成，并且利用正反饋消息PFM幫助監視節點的轉發行為，以更加準確地全面評估節點的數據轉發能力。而RADON協議主要由聲譽模塊、信任評估模塊和轉發決策模塊這三個模塊組成。聲譽模塊的重點是如何收集信譽系統RS信息，RS包括Watchdog組件提供的直接信息和來自其他節點的間接信息。直接信息主要通過收集PFM來監測節點的轉發行為，在固定間隔內更新聲譽。而間接信息是由其他節點提供的并非直接觀察，它的來源不僅來自節點的鄰居，還來自之前接觸過的其他節點。當兩個節點相遇時，一個節點會將直接觀察另一個節點的信息作為間接信息。所以，利用間接信息對預測節點的未來轉發行為具有巨大影響。信任評估模塊的過程是當節點遇到另一節點后，前者必須根據其直接觀察得到的信息和間接信息來評估后者在轉發數據時的綜合聲譽。在轉發決策模塊中，除了過去接觸目的節點的次數之外，節點還會考慮數據轉發信譽以全面評估節點成功轉發數據的能力，同時還要權衡聲譽的角色以及評估下一個節點轉發數據時遇到目的節點的可能性。

之后，Bigwood等[12]則提出了一種新的機會網絡激勵機制——IRONMAN機制，利用已有的社交網絡(SRSN)信息來檢測和懲罰自私節點，激勵它們參與網絡中的數據轉發，并為機會網絡中的節點增加聲譽并激勵節點擺脫自私行為。該機制利用訪談或在線社交網絡的信息來快速檢測自私節點，并且使用SRSN為節點提供聲譽。兩個節點在相遇時交換雙方的歷史信息并更新其他節點的聲譽值，然后根據聲譽值決定選擇是否轉發數據。

2012年，Mei等[23]提出了Give2Get機制，其中包含了兩種針對個體自私的移動無線網絡轉發協議——Give2Get流行病轉發和Give2Get授權轉發，這兩種協議都包括三個階段：消息生成、中繼階段和測試階段。當一個節點創建要發送的消息時，首先生成消息。生成消息后，發送方會嘗試將其中繼到它遇到的前兩個節點并且協商加密會話密鑰(Session Key，SK)開始可能的中繼會話，一旦確認為消息的中繼，這兩個節點會反饋中繼證明給發送者，那么當中繼節點再次遇到發送者后就進入到了測試階段。如果中繼節點能交付之前的中繼證明或者其緩存空間中還保存著先前轉發過的消息，就說明該節點信譽值高而且值得信賴，相反，說明該節點是自私節點，同時廣播該節點的自私行為并將它從網絡中剔除。

2.2 基于貨幣的激勵機制

基于貨幣的激勵機制主要是利用貨幣對轉發服務進行定價，當節點幫助轉發數據后就會獲得相應的虛擬貨幣作為報酬，而當節點自身要發送數據時也要提供相應的虛擬貨幣去購買其他節點的轉發服務，這其中就需要可信的第三方機構對虛擬貨幣進行調度，比如虛擬銀行(Virtual Bank，VB)或者credit管理清算中心(Credit Clearance Service，CCS)。當數據成功到達目的節點后，第三方管理中心就會將相應的貨幣分給參與數據轉發的各個中繼節點，并且對這一交易給出相應的憑證。而第三方機構的管理過程如圖4所示。

Zhu等[24]提出了一種安全的多層信用激勵方案——Smart機制，它允許信用由當前轉發的節點來分發而不需要發送者的參與。具體來說，Smart是基于分層硬幣的概念，該硬幣提供虛擬電子信用以收取和獎勵網絡中數據轉發的提供，主要由基礎成和支持層組成，并且每個層由源節點、目的節點或中繼節點生成。基礎層由源節點生成，主要包括信用值、報酬條件、服務等級要求(Class of Service，CoS)和其他獎勵策略等信息，而在隨后的消息傳送過程中，每個中間節點將通過附加不可偽造的數字簽名在基礎層的基礎上生成新層——支持層，這意味著轉發節點同意在預定義的CoS要求下提供轉發服務，并將根據未來的獎勵政策給予獎勵。同時通過支持層可以輕松跟蹤消息的傳送路徑，并通過檢查每個支持層的簽名來確定每個中間節點。如果提供的轉發服務滿足預定義獎勵政策中定義的報酬條件，則每個沿一個或多個路徑轉發的中間節點將根據不同的數據轉發算法共享在該硬幣中定義的信用和實際的轉發結果。

但是，由于與硬幣相關的所有安全性都是中間節點管理，自私節點甚至是一組串通節點可能會任意地將假層注入當前硬幣中或從硬幣中移除若干有效層，試圖欺騙網絡以求最大化其預期福利。所以Lu等[25]在Smart的基礎上加入了聲譽機制，即Pi機制，在此機制中提供了一個公平的激勵模型。在獎勵模型中，為了實現公平性，當且僅當消息到達目的節點時，中間轉發節點可以從源節點獲得信用，而對于那些消息轉發失敗的節點仍然可以從可信機構獲得良好的信譽值。同時，在提出的Pi協議中還提供了認證和完整性保護，從而改進了Smart機制中存在的問題。

同年，Chen等[26]提出了一種基于貨幣的激勵機制——MobiCent機制，它允許底層路由協議發現最有效的路徑，并且理智的節點不會故意浪費轉發機會或通過創建不存在的聯系人來欺騙以增加它們的回報。同時，MobiCent還提供不同的支付機制以滿足希望最小化支付或數據傳送延遲的客戶。它主要利用第三方信任管理機構保存密鑰信息，源節點將需要發送的消息傳送給中繼節點，當消息轉發到目的節點后，目的節點會支付相應的虛擬貨幣給中繼節點，不需要源節點支付任何貨幣，同時管理機構還會提供認證服務。

文獻[27]主要提出了一種基于價格效用比的激勵機制——PDU，它主要是結合節點自身資源計算出節點效用值和轉發消息的價格之間的比值PUD，并利用這個比值構成有向圖，然后采用Dijkstra算法得到一條最短可信路徑，再與設置的延遲門限值比較，逐漸找出一條延遲短且價格效用比最小的最優路徑作為消息傳輸路徑。因此，自私節點要獲取轉發機會就必須降低價格從而提高自身的效用值，使PUD變小，否則就會被隔離出網絡。

2.3 基于博弈論的激勵機制

基于博弈論的激勵機制也稱為平等交換激勵機制，主要遵循競爭和討價還價的原則以相同的方式處理與之聯系的節點。因此，為了最大限度地提高自身的利益，節點最終將選擇合作來幫助其他節點轉發數據。

P2P文件共享系統的BitTorrent協議[28]中采用了Tit-For-Tit機制，在此協議中用戶上傳與下載的數據量必須是對等的。而Shevade等[29]提出基于DTN網絡的激勵感知路由策略，主要使用TFT機制并結合慷慨和懺悔策略來解決節點的自私問題。通過發送數據分組確認證明下一跳節點完成轉發，這種積極的反饋允許節點與其鄰居進行平衡的交換完成互惠服務并獎勵良好行為。首先，采用慷慨方案解決經常初始化和某一時刻不對稱的問題，然后采用懺悔方案解決無線的惡意報復問題。

后來，Buttyan等[30]提出了一種基于易貨貿易原則的激勵機制來阻止節點的自私行為，同時兩個節點之間的交換價值必須相等。每個消息對節點的有用度不通，所以，根據節點對消息的興趣程度可以將消息區分為主要消息和次要消息兩種。如果移動節點對消息的內容感興趣，則此消息是給定節點的主要消息，反之則是次要消息。因為不同的移動節點對不同的內容感興趣，所以，對于不同的移動節點消息可以具有不同的類型。而網絡中每個節點需要的消息是不一樣的，對于一些節點來說的次要消息可能是其他節點的主要消息，因此每個節點都必須攜帶部分的次要消息完成交換服務，并且必須是等量的交換。

之后，Wu等[31-32]又借助經濟學[19]中的商品交換理論——討價還價方法來解決消息交換中節點的自私問題。首先，擁有轉發服務的中繼節點會為服務進行定價，如果購買轉發服務的節點同意賣方的價格，那么交易完成。否則，買方為服務提供自己的定價，賣方同意的話，交換完成，否則就只能進行下一輪的協商交易直到交易的完成。

在TFT機制中還有一類典型的Ad-hoc VCG拍賣機制[33]，源于經濟學[19]中的Vickrey-Clarke-Grove(VCG)拍賣模型。該機制中節點先對自己的轉發服務定價，然后買方通過拍賣競價的方式競相購買賣方的服務，從而激勵中繼節點給出它們可以轉發所需的真實成本，并支付給賣方報酬。

對于這類激勵機制，國內研究主要是通過數據相互交換或者是買賣雙方利用貨幣等形式協商完成交易的過程，如物-物交換。簡單的物-物交換[34](simple barter trade，SBT )的原則就是你交給我一個數據，我還給你一個數據。這種交換要求嚴格的對等機制，會導致網絡中的節點之間不能完全地轉發數據，從而降低了網絡的性能。因此，在文獻[35]中，研究者提出了一種基于債務的激勵機制——DBT，它在SBT的基礎上降低了交換要求，引入了債務這一概念，允許節點可以先借再還，從而使節點間保持長期的等價交換。DBT的主要思想過程主要分為兩個階段，在第一階段中每個節點都會根據自己對其他節點的信任值為它們提供無息債務，如果債務方的債務值高于債權方所提供的最大無息債務后，債權方就開始計算利息，進而更新債務值，直到債務值再次低于最大無息債務，否則就到第二懲罰階段；在第二階段中，節點會將對自私節點的信任值設置為零，并且拒絕為其轉發信息直到自私節點還清自己的債務，否則，自私節點會被隔離出網絡，直至自己產生數據還清債務后才能重新進入網絡。然而，DBT雖然提高了數據的交易量，卻增加了網絡緩存的負擔，所以，文獻[27]提出了一種基于效用的激勵機制——UBT，主要是通過預測未來相遇節點和相遇節點轉發消息到目的節點的概率進行緩存決策從而提高緩存效率和網絡性能。UBT采用了順序循環隊列節省存儲空間，并引入了滑動窗口的概念，使節點只記錄當前W個區間的相遇次數，從而反映節點相遇的最新趨勢；同時采用了鏈式存儲的方法使節點只需動態地為相遇頻率較高的節點維護信息。

3 現有激勵機制主要問題

現有激勵機制主要用于傳統的無線自組織網絡中，而對于機會網絡的特殊性許多機制不能完全適用，同時現有的激勵機制還存在著許多問題[12]。

1)基于聲譽激勵機制。在基于聲譽的激勵機制中，并沒有被考慮節點的聲譽值變化規律。對于信譽值高或者臨近閾值的節點，相同的激勵策略只會引發懶惰性，不會再主動轉發數據提高信譽以實現更高的信譽價值，并且在間歇性機會網絡中利用該機制監測下一跳節點的行為難以實現。

2)基于貨幣激勵機制。在基于貨幣的激勵機制中，整個交易過程都需要可信的第三方信任管理機構來支持。每個節點在管理機構中都有自己的賬戶和基金，當交易完成后節點對應賬戶中的貨幣會有相應的增多或減少，這會導致沒有足夠貨幣支付的節點仍然享受著其他節點的轉發服務，并且無論中繼節點的轉發服務好還是壞，購買方需要支付的貨幣是一樣的，從而導致了不公平性的出現。其次，該機制也不能保證在節點進行欺騙性攻擊后貨幣的安全性。

3)基于博弈論激勵機制。在基于博弈論的激勵機制中，節點間的交易必須要求提供平等的服務，主要針對的是對稱性網絡，但是這在非對稱的網絡中是很難實現的，并且，在拍賣機制中節點的競拍價格也很隨意，無法實現真實的報價，經常出現虛假信息和重新拍賣等問題。同時，這種機制會降低數據的交易量，對緩存空間的要求極高。

4 未來研究方向

如今機會網絡的研究還沒有什么突破性的進展，并且實現機會網絡的廣泛應用還需要很長的時間，所以，需要改進現有算法和模型去解決上述問題。

1)基于聲譽。針對上述有關聲譽機制的問題，可以在基于聲譽的激勵機制基礎上加入等級評價制度。如果信譽值高的節點或者剛剛到達閾值邊界的節點不再主動轉發消息后，可以采用降低該節點的等級，此后轉發該節點消息的優先權也會降低，相反，如果主動轉發消息，節點的等級會上升，節點的消息也可以被優先轉發。這樣做會促使所有的節點主動轉發數據，提高消息轉發效率。

2)基于貨幣。針對上述有關貨幣機制的問題，在基于貨幣的激勵機制中需要對用戶的賬戶進行加密認證，并且對每次的交易設置憑證，記錄每次交易的內容和相對應的虛擬貨幣，然后在對應的賬戶中更新擁有的貨幣。如果節點沒有貨幣能夠支付轉發服務，就會自發地為其他節點轉發數據從而賺取貨幣。

3)基于博弈論。針對上述博弈論的相關問題，可以在博弈論的基礎上加入聲譽機制或貨幣機制捆綁成新的激勵策略，在討價還價的原則上協商轉發服務的定價。但是，交易的協商過程不可能是無止境的，所以為交易雙方設置耐心參數是必須的。當賣方沒有耐心后就不提供轉發服務，而買方沒有耐心后就不購買轉發服務。因此，利用討價還價的方法可以提高消息的轉發效率及緩存利用率，或者通過預測可能的相遇節點和其轉發數據的概率來進行緩存決策從而提高緩存利用率。

5 結語

本文對機會網絡中自私節點的激勵機制進行了研究。首先介紹了自私節點產生的原因以及檢測算法，然后闡述現有的激勵自私節點參與數據轉發合作的方案，主要分成了基于信譽、貨幣、博弈論這三類激勵機制。最后，指出了每類方案中存在的主要問題，以及可能的解決方法。

目前，對機會網絡研究的方式越來越多，將機會網絡與其他學科領域技術交叉結合去解決機會網絡中的節點自私問題已經慢慢地成為了這個領域新的研究方向，如機器學習。由于機會網絡中節點具有社會性和規律性，通過利用機器學習來研究機會網絡中節點生成的歷史數據，可以預測節點間的相遇概率、消息的傳輸路徑、消息轉發成功的可能性，并且還可以挖掘更有用的信息。