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第9期 薛楠等：认知无线电网络自私行为问题及安全解决方案 ,1211. 一转发节点发送数据使用的数据信道信息，通过这 (OPS)中，自私节点丢弃接收到的RREQ数据包， 种方式前一转发节点就可在该数据信道监视后一转 避免用自己的可用数据信道转发其他节点的数据 发节点的数据包转发情况，转发节点丢包有时是无 包，而自己则可以随时通过可用数据信道发送数据 意，只有丢包率超过k,才是自私行为 包，不必等待转发完其他节点的数据包以后再发送 4仿真实验和结果分析 自己的数据包，对于改进以后的方案(IPS)自私节 点的吞吐量保持在50左右，因为网络中其他节点拒 仿真采用NS2平台，网络环境为2000mX 绝为其建立路由连接，以至其不能向目的节点发送 1000m的矩形区域，30个节点均匀分布在整个网 数据包，但是存在50个数据包的吞吐量可以理解为 络中，按最小D方式将节点分成簇，认知网络中有 自私节点和目的节点在1跳范围内，这种情况下不 8条数据信道，为每个节点随机选取n(n≤8)条信 需要转发，数据包就可正常发送， 道构成可用数据信道集合，每次仿真全部节点都作 从图4可以看出，原方案(original program co 为源节点和目的节点参与数据的发送和接收工作， operation node,OPC)中，随着自私节点百分比从 每一源节点从其他节点中随机选取其目的节点，采 10%增加到50%，合作节点平均吞吐量由200个变 用CBR数据流.仿真时间为2OO0s,每个节点的数 化到l00个，改进后方案(improvement program co 据传输范围为250m·节点每次选取一个可用数据 operation node,IPC)平均吞吐量保持在4O0个左 信道传输数据包 右，原方案合作节点的平均吞吐量明显低于改进后 第1部分检验存在信道协商自私行为情况下， (improvement program cooperation node,IPC). 本文安全解决方案是否可行， 因为原方案中网络中存在自私行为，故大量应由自 自私节点的个数占总节点个数的比例从0变化 私节点转发的数据包，变为由合作节点转发，合作 到50%.这部分实验以节点平均吞吐量作为衡量标 节点需要花费更多时间转发其他节点的数据包，这 准.Q=0.3. 样其发送自己数据包的时间就减少了，因此其发送 节点平均吞吐量：在某段时间内平均每个源节 自己数据包的个数也相应减少了，当采用本文方案 点成功将数据包发送到目的节点的个数， 以后，自私节点参与数据包转发，减轻了合作节点转 由于自私节点产生的安全威胁主要影响其他节 发数据包的任务，合作节点就可以有更多的时间发 点在数据传输信道的通信性能，因此在计算由自私 送自己的数据包，因此合作节点的平均吞吐量明显 节点引起的平均吞吐量下降时，只考虑在数据传输 提高了· 信道传输的数据包变化情况 在原方案(OPC)中合作节点的平均吞吐量随着 从图3可以看出，原方案(original program self~ 自私节点百分比从10%增加到50%，其平均吞吐量 ish node,OPS)中自私节点的平均吞吐量为700个 由200个变化到100个，因为随着自私节点百分比 左右，改进后方案(improvement program selfish 增加，合作节点须承担转发其他自私节点的任务将 node,IPs)节点的平均吞吐量50个左右，原始方案 更加繁重，这样其用来转发合作节点数据包的数量 (OPS)中自私节点的平均吞吐量明显高于改进后方 就随着自私节点百分比增加而明显减少.由仿真结 案(PS)节点的平均吞吐量，因为在原始方案 果可知安全解决方案是可行的， 800 700 600 -IPC 600 OPC 500 +0 400 300 200 10 20 30 40 50 10 30 30 40 自私节点百分比% 自私节点百分比% 图3自私节点的平均吞吐量 图4合作节点的平均吞吐量 Fig.3 Average capacity of self-nodes Fig.4 Average capacity of cooperation nodes一转发节点发送数据使用的数据信道信息通过这 种方式前一转发节点就可在该数据信道监视后一转 发节点的数据包转发情况．转发节点丢包有时是无 意只有丢包率超过 k才是自私行为． 4 仿真实验和结果分析 仿真采用 NS2平台网络环境为2000m × 1000m 的矩形区域30个节点均匀分布在整个网 络中按最小 ID 方式将节点分成簇．认知网络中有 8条数据信道为每个节点随机选取 n（ n≤8）条信 道构成可用数据信道集合．每次仿真全部节点都作 为源节点和目的节点参与数据的发送和接收工作 每一源节点从其他节点中随机选取其目的节点采 用 CBR 数据流．仿真时间为2000s每个节点的数 据传输范围为250m．节点每次选取一个可用数据 信道传输数据包． 第1部分检验存在信道协商自私行为情况下 本文安全解决方案是否可行． 自私节点的个数占总节点个数的比例从0变化 到50％．这部分实验以节点平均吞吐量作为衡量标 准．Q＝0∙3． 节点平均吞吐量：在某段时间内平均每个源节 点成功将数据包发送到目的节点的个数． 由于自私节点产生的安全威胁主要影响其他节 点在数据传输信道的通信性能因此在计算由自私 节点引起的平均吞吐量下降时只考虑在数据传输 信道传输的数据包变化情况． 图3 自私节点的平均吞吐量 Fig．3 Average capacity of self-nodes 从图3可以看出原方案（original program selfish nodeOPS）中自私节点的平均吞吐量为700个 左右改 进 后 方 案 （improvement program selfish nodeIPS）节点的平均吞吐量50个左右原始方案 （OPS）中自私节点的平均吞吐量明显高于改进后方 案（IPS ） 节点的平均吞吐量．因为在原始方案 （OPS）中自私节点丢弃接收到的 RREQ 数据包 避免用自己的可用数据信道转发其他节点的数据 包而自己则可以随时通过可用数据信道发送数据 包不必等待转发完其他节点的数据包以后再发送 自己的数据包．对于改进以后的方案（IPS）自私节 点的吞吐量保持在50左右因为网络中其他节点拒 绝为其建立路由连接以至其不能向目的节点发送 数据包但是存在50个数据包的吞吐量可以理解为 自私节点和目的节点在1跳范围内这种情况下不 需要转发数据包就可正常发送． 图4 合作节点的平均吞吐量 Fig．4 Average capacity of cooperation nodes 从图4可以看出原方案（original program cooperation nodeOPC）中随着自私节点百分比从 10％增加到50％合作节点平均吞吐量由200个变 化到100个改进后方案（improvement program cooperation nodeIPC）平均吞吐量保持在400个左 右原方案合作节点的平均吞吐量明显低于改进后 方案（improvement program cooperation nodeIPC）． 因为原方案中网络中存在自私行为故大量应由自 私节点转发的数据包变为由合作节点转发．合作 节点需要花费更多时间转发其他节点的数据包这 样其发送自己数据包的时间就减少了因此其发送 自己数据包的个数也相应减少了．当采用本文方案 以后自私节点参与数据包转发减轻了合作节点转 发数据包的任务合作节点就可以有更多的时间发 送自己的数据包因此合作节点的平均吞吐量明显 提高了． 在原方案（OPC）中合作节点的平均吞吐量随着 自私节点百分比从10％增加到50％其平均吞吐量 由200个变化到100个．因为随着自私节点百分比 增加合作节点须承担转发其他自私节点的任务将 更加繁重这样其用来转发合作节点数据包的数量 就随着自私节点百分比增加而明显减少．由仿真结 果可知安全解决方案是可行的． 第9期 薛 楠等： 认知无线电网络自私行为问题及安全解决方案 ·1211·