《博弈理論在無線網絡中的應用》圍繞近年來自組織網絡、傳感器網絡、無線Mesh網絡等各類新型無線網絡的研究熱點和難點，以博弈理論的應用為主線索，重 點介紹和分析網絡安全、頻譜分配和網絡優化等理論、技術問題和解決策略。全書共分為博弈與無線網絡、博弈與網絡安全、博弈與頻譜優化和博弈與網絡優化四個 部分，其中第一部分是對無線網絡和博弈理論的理論和技術的發展進行綜述，第二部分從主動防御、入侵檢測和控制惡意節點等多個方面分析博弈理論在無線網絡安 全中的應用，第三部分描述和分析博弈理論如何有效地應用于頻譜的靜態和動態的分配，第四部分從跨層協作、網絡穩定性和節點協作等方面闡述博弈理論如何有效 地應用于各類型無線網絡網絡優化。 《博弈理論在無線網絡中的應用》可供計算機網絡與信息安全、通信與信息系統、電子與信息系統等研究人員、相關專業教師、研究生以及高年級本科生參考。本書 由許力，陳志德，黃川著。
《博弈理論在無線網絡中的應用》圍繞近年來各類新型無線網絡的研究熱點和難點，以博弈理論的應用為主線索，基于作者在網絡安全、頻譜分配和網絡優化等課題中的研究成果，并結合相關領域的國內外研究成果展開詳細的闡述和分析，全書分四個部分共12章。 本書作者在包括無線自組織網絡、無線傳感器網絡、無線Mesh網絡、認知無線電網絡等在內的各類型無線網絡領域展開了多年的研究，書中大部分內容是這些研究的成果。本書由許力，陳志德，黃川著。
前言
第一部分 博弈與無線網絡
第1章 無線網絡概述
1.1 無線網絡技術的發展和特點
1.1.1 無線網絡技術的發展
1.1.2 無線網絡技術熱點介紹
1.2 無線網絡存在的問題
1.2.1 能耗問題
1.2.2 拓撲控制問題
1.2.3 頻譜資源管理問題
1.2.4 安全問題
1.2.5 其他問題
參考文獻
第2章 博弈論概述
2.1 博弈論基礎
2.1.1 基本概念
2.1.2 博弈的表述方法
2.1.3 納什均衡
2.1.4 帕累托最優
2.2 博弈論分類介紹
2.2.1 靜態博弈
2.2.2 動態博弈
2.2.3 重復博弈
2.2.4 拍賣機制
2.2.5 演化博弈
參考文獻
第3章 博弈論與無線網絡
3.1 博弈論與網絡安全
3.2 博弈論與頻譜分配
3.3 博弈論與網絡優化
參考文獻
第二部分 博弈與網絡安全
第4章 基于演化博弈的無線傳感器網絡主動防御機制
4.1 背景及相關工作
4.1.1 研究背景
4.1.2 相關工作
4.2 無線傳感器網絡中安全問題的博弈模型
4.3 基于演化博弈論的主動防御分析
4.3.1 演化博弈的復制動態分析
4.3.2 演化博弈的穩定性分析
4.4 仿真及其分析
4.4.1 防御方的演化穩定性分析
4.4.2 攻擊方的演化穩定性分析
4.4.3 攻防雙方系統的演化穩定性分析
4.5 本章小結
參考文獻
第5章 基于簇的入侵檢測中的簇頭選舉機制
5.1 背景及相關工作
5.1.1 相關背景
5.1.2 相關工作
5.2 基于簇的入侵檢測中的簇頭選舉機制模型
5.2.1 所面臨的問題
5.2.2 模型
5.3 基于博弈論的入侵檢測簇頭選舉機制分析
5.3.1 付酬設計
5.3.2 機制的最優性說明
5.3.3 耗費分析
5.3.4 捕捉和懲治機制
5.3.5 簇頭節點選舉算法
5.4 仿真及其分析
5.5 本章小結
參考文獻
第6章 基于演化博弈的無線傳感器網絡惡意節點防范機制
6.1 背景及相關工作
6.1.1 研究背景
6.1.2 惡意節點分類
6.1.3 相關研究工作
6.2 節點惡意行為的博弈建模
6.3 基于演化博弈的防范機制分析
6.4 仿真及分析
6.5 本章小結
參考文獻
第三部分 博弈與頻譜分配
第7章 基于議價博弈的認知無線電網絡頻譜資源分配
7.1 背景及相關工作
7.1.1 研究背景
7.1.2 相關工作
7.2 基于議價博弈的單無線電頻譜分配策略
7.2.1 博弈模型
7.2.2 策略分析
7.3 仿真及其分析
7.3.1 BG-DSAS策略的頻譜份額及收益分析
7.3.2 BG-DSAS策略的算法收斂性分析
7.3.3 BG-DSAS策略隨機頻譜分配對比分析
7.4 本章小結
參考文獻
第8章 基于博弈的認知Mesh網絡頻譜分配策略
8.1 背景及相關工作
8.1.1 研究背景
8.1.2 相關工作
8.2 多無線電多信道分配策略
8.2.1 系統模型
8.2.2 多無線電多信道分配策略的納什均衡
8.2.3 多無線電多信道分配策略的公平性
8.2.4 多無線電多信道分配算法
8.3 仿真及其分析
8.4 本章小結
參考文獻
第9章 基于雙向拍賣博弈的頻譜分配
9.1 背景及相關工作
9.1.1 動態頻譜分配模型
9.1.2 圖著色模型
9.1.3 組合雙向拍賣模型
9.1.4 潛在博弈模型
9.2 頻譜分配問題的雙向拍賣博弈模型
9.3 基于演化博弈論的分析
9.3.1 誠實性定理
9.3.2 個體相關性
9.3.3 預算平衡
9.4 分析及其仿真
9.4.1 分析
9.4.2 仿真
9.4.3 雙向拍賣中的不完全信息博弈
9.5 本章小結
參考文獻
第四部分 博弈與網絡優化
第10章 博弈與無線網絡的跨層設計與優化
10.1 跨層協作設計基礎
10.1.1 跨層協作設計技術
10.1.2 跨層協作體系結構
10.1.3 跨層協作建模
10.2 基于博弈論優化的跨層方案
10.2.1 基于博弈論優化的跨TCP層和MAC層建模
10.2.2 基于博弈論優化的跨TCP層和物理層建模
10.2.3 基于博弈論優化的跨應用層和MAC層建模
10.2.4 基于博弈論優化的跨MAC層和物理層建模
10.2.5 基于博弈論優化的跨網絡層和MAC層建模
10.2.6 基于博弈論優化的跨TCP層和網絡層建模
10.2.7 基于博弈論優化的跨網絡層和物理層建模
10.3 基于跨層議價博弈的吞吐量優化策略
10.3.1 優化模型
10.3.2 基本概念
10.3.3 基于博弈的網絡模型建立
10.3.4 性能分析
10.4 仿真分析
10.4.1 數據發送量收斂性
10.4.2 節點效益
10.4.3 節點公平性
10.5 本章小結
參考文獻
第11章 博弈與多跳無線網絡節點效用
11.1 研究背景及相關工作
11.2 基于聲譽機制的節點效用研究
11.2.1 聲譽機制
11.2.2 網絡模型建模
11.2.3 性能分析
11.3 基于演化博弈的節點自私問題研究
11.3.1 節點自私問題的描述
11.3.2 激勵模型的建立
11.3.3 基于演化博弈的激勵機制分析
11.3.4 數值分析
11.4 本章小結
參考文獻
第12章 無線傳感器網絡中基于演化博弈的穩定性分析
12.1 背景及相關工作
12.1.1 背景
12.1.2 相關工作
12.2 無線網絡的演化模型
12.2.1 相關定義
12.2.2 Lyapunov函數理論
12.2.3 模型
12.2.4 演化動態
12.2.5 收益矩陣分析
12.3 基于演化博弈的穩定性分析
12.3.1 演化穩定策略
12.3.2 模仿動態下的局部穩定
12.3.3 漸近穩定的充分條件
12.4 仿真與分析
12.5 本章小結
參考文獻
第1 章 無線網絡概述
無線網絡的應用已成為當前及未來發展的趨勢，本章首先從無線網絡技術的發展和特點方面對無線網絡進行概述；然而無線網絡技術在取得令人驚喜的同時也面臨著諸多問題，因此本章接下來的內容對當前無線網絡發展所面臨的幾個關鍵問題進行闡述，包括能耗、網絡安全及頻譜資源管理問題等。
1.1 無線網絡技術的發展和特點
無線網絡是一種通過無線電波作為媒介進行通信的計算機網絡，通常由包括具有無線連接功能的路由器、計算機、PDA 或智能手機等設備構成。由于采用無線傳輸的方式，無線網絡具有安裝方便、布線靈活、成本低且支持移動性等優點，從而使無線網絡成為拓展有線網絡覆蓋范圍、解決部分區域有線網絡布局困難等問題的首選解決方案。同時，隨著無線網絡技術在數據傳輸速率與傳輸穩定性、可靠性及安全性等方面的不斷改進，使得人們對無線網絡技術的需求也與日俱增，特別是在網絡接入方面，無線接入方式大有取代有線接入方式的趨勢。因此，對無線網絡技術的研究極具理論價值和廣闊的市場應用前景。
1.1.1 無線網絡技術的發展
無線網絡技術最早可追溯到20 世紀第二次世界大戰期間美國陸軍采用無線電信號做資料的傳輸。在1971 年，夏威夷大學的研究員創造了第一個基于封包式技術的無線電通信網絡，即著名的ALOHAnet。而無線網絡技術的大發展始于90 年代，由于第二代通信技術GSM 的大規模應用及無線局域網的普及，使得無線網絡逐步影響人類社會的發展。
由于無線網絡無線網絡技術的研究內容十分廣泛，涵蓋了計算機、通信和材料等多個學科領域，這也使得其分類多種多樣�？紤]到不同的網絡規模對無線網絡技術發展的影響，本節將采用從網絡覆蓋規模的角度來對當前無線網絡技術的發展進行介紹。
1.無線個域網
無線個域網（wireless personal area network ，WPAN）是指利用各種個人終端設備，包括計算機、PDA 和智能手機等，相互連接組成近距離（通常只有幾米范圍內）的小規�；ヂ摼W絡，從而為終端用戶小范圍組網以實現相互間的資源共享提供了極大的便利［1］。目前，WPAN 技術主要有紅外連接技術IrDA 、藍牙技術（blue-tooth）等。IEEE 為WPAN 制定了802.15 標準，包括802.15.1 ~ 802.15.7 ，主要針對藍牙技術、超寬帶（ultra-wave band ，UWB） 、ZigBee 技術以及無線紅外連接技術等。
1） 藍牙技術藍牙技術誕生的初衷是為了實現不同的無線移動設備之間近距離無縫連接，并且簡化連接設備和過程。藍牙技術是一個開放的無線技術，由Bluetooth SpecialInterest Group（BSIG）進行管理。其工作頻率在ISM 2.4GHz 頻段上，使用跳頻擴頻（frequency-hopping spread spectrum ，FHSS） 技術。在組網結構上采用主從結構（master-slave structrue） ，在一個微微網（piconet ，見圖1.1）中主設備最多可以連接7個從設備［2］。在標準上，藍牙技術屬于802.15 標準，目前的版本為v4.0 ，該版本中數據傳輸速率可達3Mbps（低功耗版本為1Mbps） ，有效傳輸距離可達100m。
目前，藍牙技術已廣泛使用在智能家居、車載設備以及各種娛樂設備中，如可以實現語音信號無線傳輸的藍牙耳機等。
2） 超寬帶技術超寬帶技術是一種利用極窄脈沖方式進行無線發射和接收的無線通信技術，其特點是無須采用傳統的載波調制技術而可在時域中直接操作。由此，該技術具有低功耗、高帶寬、低復雜度及低成本的優點。
然而目前超寬帶技術研究進展緩慢，由于該技術理論和實現上性能差異較大且初期投入成本太高使得該技術的應用前景尚不明朗。目前IEEE 802.15.3 工作組于2009 年推出基于毫米波（ millimeter-wave-based） 短距離通信技術（802.15.3c-2009）來替代原有的超寬帶技術以實現高速WPAN ，其最大傳輸速率可達2Gbps ，由此有望支持在線視頻等無線數據服務。
3） ZigBee 技術由于藍牙技術在結構和成本上仍無法滿足要求，IEEE 802.15 TG4 推出一種新的實現更簡單、成本更低的無線通信技術標準―― ZigBee 技術。該技術是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通信技術。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種無線設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。圖1.2 為基于ZigBee 技術的一個應用場景［3］。
ZigBee 技術結合無線傳感器技術具有廣闊的應用前景。目前，許多項目利用ZigBee 技術進行研究，如智能家居、家庭娛樂、工業自動化控制、醫療數據收集等。
4） 紅外連接技術紅外連接技術IrDA 是由紅外數據協會IrDA（Infrared Data Association）制定的一系列利用紅外線（波長850nm）來實現數據傳輸的近距離紅外通信標準的簡稱。目前，支持IrDA v1.1 技術的設備已廣泛應用于市場。該版本IrDA 技術支持數據傳輸速率最高可達16Mbps ，同時具備體積小、功耗極低、連接方便、抗干擾能力及保密性強等優點。然而IrDA 技術最大傳輸距離只有3m ，無法穿透墻壁，而且其傳輸質量十分依賴于通信雙方紅外射頻天線的角度是否對準，從而不支持移動性。這些缺點使得其應用局限于各種無線終端設備近距離數據傳輸以及計算機周邊產品無線化，如無線鼠標、無線鍵盤、無線遙控器等。
2.無線局域網
無線局域網（ wireless local area network ，WLAN）技術的誕生可以說是無線網絡技術發展的一個里程碑，而由此產生的無線應用熱潮使得人們逐漸改變了原有使用網絡的方式。無線局域網由于采用無線連接的方式，大大降低了網絡部署的成本和節約了部署的時間，同時無線局域網的有效傳輸距離及傳輸速率都要優于上述的無線個域網，這也使得無線局域網逐漸受到網絡運營商及個人用戶的青睞。
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