[发明专利]基于信息和用户意识耦合的D2D信息传播建模方法

权利要求书

1.一种基于信息和用户意识耦合的D2D信息传播建模方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：根据实际的D2D通信场景，结合图论思想，将信息传播过程分为抽象物理信息传输过程和用户意识扩散过程，从信息传播角度出发，将信息传输过程和用户意识扩散过程中的用户和设备进行状态划分，通过状态转移描述信息传播过程；

基于图论思想，将信息传输和意识扩散过程分别用节点和连边表示；

设备间的信息传输过程包括由基站和蜂窝设备节点UE₁组成的传统蜂窝通信过程，以及由D2D设备节点DE＝{DE₁,...,DE₅}和空闲设备节点RE＝{RE₁,RE₂}组成的设备间D2D通信过程；

用户间的信息传播体现为用户意识扩散，U＝{U₁,...,U₈}表示用户集合，连边表示存在社会交互，描述个体之间的互动以及思想、观点的传递；

结合应用场景分析，根据用户是否得知信息情况，假设用户处于以下两种状态之一：

未知(U)：用户未接收到信息，也未意识到信息在传播；

已知(K)：用户接收到信息，是否进行转发需根据自身偏好以及与其他用户间信任关系决定；

假设用户持有的D2D设备处于以下三种状态之一：

易感(S)：设备还未接收到信息，但随时可能收到；

感染(I)：设备接收到其他设备的转发信息，但转发待持有者决策；

转发(R)：设备接收到信息并开始转发信息；

步骤二：引入过程影响因子L₁,L₂映射两种传播过程之间的相互影响，得到不同过程之间的信息传播概率；

定义L₁是用户意识对设备间信息接收和转发的影响因子，用e^φ表示L₁的大小，其中φ∈[-1,1]，当φ∈[-1,0)时，表示已知用户意识到接收的信息为无用信息，会采取一定的措施阻止信息传播或者不转发；当φ∈(0,1]时，表示用户意识到接收的信息为有用信息，会更积极地传播信息；当φ＝0时，表示用户还未接收信息处于未知状态，此时不影响设备间的信息传输；

定义L₂是设备间信息传输对意识扩散的影响因子，L₂∈[0,1]，当L₂＝0时，表明设备通信中断；当L₂＝1时，表明无额外影响；当L₂∈(0,1)时，表示设备对用户接收信息的延迟影响；令β₂＝L₂α，β₂表示用户通过查看相应的设备知道信息的概率，α表示设备之间的物理传输率，即设备间的感染率，β₂,α∈(0,1)，β₂表示用户通过查看相应的设备知道信息的概率，α表示设备之间的物理传输率，即设备间的感染率，β₂,α∈(0,1)，从而得到引入过程影响因子后的传播率；

步骤三：结合经典传播模型和平均场理论，利用步骤二中所确定的信息传播概率建立D2D信息传播模型；基于平均场理论，在t时刻，令U(t),K(t)分别表示未知状态U和已知状态K的用户数量，S(t),I(t),R(t)分别表示未接收信息S，接收信息I，接收信息并转发R的设备数量，N(t)表示用户总量，建立D2D信息传播模型对应的动态微分方程如下：

其中，初始条件为U(0)≥0,K(0)≥0,S(0)≥0,I(0)≥0,R(0)≥0，β₁,β₂分别表示单位时间用户通过与相邻用户交互和通过查看持有设备得知信息的概率；δ₁,δ₂,δ₃分别表示单位时间新连入的S,I,R状态的设备数量；α表示单位时间设备之间的物理传输率；λ表示单位时间设备转发信息的概率；η表示单位时间设备停止转发但保留信息的概率；γ表示单位时间信息被从设备中删除的概率；μ表示单位时间D2D连接中断的概率；

步骤四：对步骤三所建立的微分动力学方程进行简化，推导出系统平衡点；

N(t)＝S(t)+I(t)+R(t)＝U(t)+K(t)，令δ＝δ₁+δ₂+δ₃，将公式(1)转化为如下等价极限系统：

初始条件为K(0)≥0,I(0)≥0,R(0)≥0，正向不变区间为：

根据平衡点定义，得到系统平衡点E^*(K^*,I^*,R^*)，

K^*＝N^*,

其中，

步骤五：对系统平衡点进行稳定性分析，得到系统平衡点局部稳定性和全局稳定性条件；

系统公式(2)在E^*处的Jacobian矩阵为：

对应的特征行列式为：

其中：

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

根据行列式，特征方程的三个根ρ＝w₃,ρ＝w₄,ρ＝w₅全为负数，故由Lyapunov稳定性定理可得系统公式(2)的平衡点E^*局部渐进稳定，利用LaSalle不变性原理证明系统平衡点全局稳定的条件，令x＝K(t)-K^*,y＝I(t)-I^*,z＝R(t)-R^*；系统公式(2)转化为：

构造Lyapunov函数

其中，

于是

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

当公式(5)结果为负时，根据LaSalle不变性原理，系统公式(2)平衡点E^*全局渐进稳定。