[發明專利]基于信息和用戶意識耦合的D2D信息傳播建模方法

有效

• 申請號: 202110533770.2
• 申請日: 2021-05-14
• 公開（公告）號: CN113271575B
• 公開（公告）日: 2022-04-29
• 發明（設計）人: 甘臣權;劉安棋;張祖凡
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W4/70
• 分類號: H04W4/70;H04W24/06;H04L41/14;G06F17/13
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種基于信息和用戶意識耦合的D2D信息傳播建模方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟一：根據實際的D2D通信場景，結合圖論思想，將信息傳播過程分為抽象物理信息傳輸過程和用戶意識擴散過程，從信息傳播角度出發，將信息傳輸過程和用戶意識擴散過程中的用戶和設備進行狀態劃分，通過狀態轉移描述信息傳播過程；

基于圖論思想，將信息傳輸和意識擴散過程分別用節點和連邊表示；

設備間的信息傳輸過程包括由基站和蜂窩設備節點UE₁組成的傳統蜂窩通信過程，以及由D2D設備節點DE＝{DE₁,...,DE₅}和空閑設備節點RE＝{RE₁,RE₂}組成的設備間D2D通信過程；

用戶間的信息傳播體現為用戶意識擴散，U＝{U₁,...,U₈}表示用戶集合，連邊表示存在社會交互，描述個體之間的互動以及思想、觀點的傳遞；

結合應用場景分析，根據用戶是否得知信息情況，假設用戶處于以下兩種狀態之一：

未知(U)：用戶未接收到信息，也未意識到信息在傳播；

已知(K)：用戶接收到信息，是否進行轉發需根據自身偏好以及與其他用戶間信任關系決定；

假設用戶持有的D2D設備處于以下三種狀態之一：

易感(S)：設備還未接收到信息，但隨時可能收到；

感染(I)：設備接收到其他設備的轉發信息，但轉發待持有者決策；

轉發(R)：設備接收到信息并開始轉發信息；

步驟二：引入過程影響因子L₁,L₂映射兩種傳播過程之間的相互影響，得到不同過程之間的信息傳播概率；

定義L₁是用戶意識對設備間信息接收和轉發的影響因子，用e^φ表示L₁的大小，其中φ∈[-1,1]，當φ∈[-1,0)時，表示已知用戶意識到接收的信息為無用信息，會采取一定的措施阻止信息傳播或者不轉發；當φ∈(0,1]時，表示用戶意識到接收的信息為有用信息，會更積極地傳播信息；當φ＝0時，表示用戶還未接收信息處于未知狀態，此時不影響設備間的信息傳輸；

定義L₂是設備間信息傳輸對意識擴散的影響因子，L₂∈[0,1]，當L₂＝0時，表明設備通信中斷；當L₂＝1時，表明無額外影響；當L₂∈(0,1)時，表示設備對用戶接收信息的延遲影響；令β₂＝L₂α，β₂表示用戶通過查看相應的設備知道信息的概率，α表示設備之間的物理傳輸率，即設備間的感染率，β₂,α∈(0,1)，β₂表示用戶通過查看相應的設備知道信息的概率，α表示設備之間的物理傳輸率，即設備間的感染率，β₂,α∈(0,1)，從而得到引入過程影響因子后的傳播率；

步驟三：結合經典傳播模型和平均場理論，利用步驟二中所確定的信息傳播概率建立D2D信息傳播模型；基于平均場理論，在t時刻，令U(t),K(t)分別表示未知狀態U和已知狀態K的用戶數量，S(t),I(t),R(t)分別表示未接收信息S，接收信息I，接收信息并轉發R的設備數量，N(t)表示用戶總量，建立D2D信息傳播模型對應的動態微分方程如下：

其中，初始條件為U(0)≥0,K(0)≥0,S(0)≥0,I(0)≥0,R(0)≥0，β₁,β₂分別表示單位時間用戶通過與相鄰用戶交互和通過查看持有設備得知信息的概率；δ₁,δ₂,δ₃分別表示單位時間新連入的S,I,R狀態的設備數量；α表示單位時間設備之間的物理傳輸率；λ表示單位時間設備轉發信息的概率；η表示單位時間設備停止轉發但保留信息的概率；γ表示單位時間信息被從設備中刪除的概率；μ表示單位時間D2D連接中斷的概率；

步驟四：對步驟三所建立的微分動力學方程進行簡化，推導出系統平衡點；

N(t)＝S(t)+I(t)+R(t)＝U(t)+K(t)，令δ＝δ₁+δ₂+δ₃，將公式(1)轉化為如下等價極限系統：

初始條件為K(0)≥0,I(0)≥0,R(0)≥0，正向不變區間為：

根據平衡點定義，得到系統平衡點E^*(K^*,I^*,R^*)，

K^*＝N^*,

其中，

步驟五：對系統平衡點進行穩定性分析，得到系統平衡點局部穩定性和全局穩定性條件；

系統公式(2)在E^*處的Jacobian矩陣為：

對應的特征行列式為：

其中：

w₃＝-β₁K^*-β₂I^*＜0,w₄＝-L₁αR^*-(L₁λ+γ+μ)＜0

根據行列式，特征方程的三個根ρ＝w₃,ρ＝w₄,ρ＝w₅全為負數，故由Lyapunov穩定性定理可得系統公式(2)的平衡點E^*局部漸進穩定，利用LaSalle不變性原理證明系統平衡點全局穩定的條件，令x＝K(t)-K^*,y＝I(t)-I^*,z＝R(t)-R^*；系統公式(2)轉化為：

構造Lyapunov函數

其中，

于是

由于byz(L₁αN^*-L₁αI^*-2L₁αR^*+η)+cL₁λyz＝0，公式(4)簡化為：

當公式(5)結果為負時，根據LaSalle不變性原理，系統公式(2)平衡點E^*全局漸進穩定。