[发明专利]一种基于定价博弈的认知无线网络动态频谱分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，特别涉及认知无线网络中动态频谱分配方法。

背景技术

近年来，由于无线应用取得了巨大的成功，无线频谱分配相关部门对频谱资源合理分配的需求呈指数级增长。与此同时，无线技术在不同的领域广泛开发了多种应用，如无线局域网、网状网络、个人区域网络、物理区域网络、传感器网络等，应用的不断增加导致了频段内部的拥挤状况发生。另一方面，服务提供商对频谱的动态授权很不均衡，严重依赖于特定的无线技术，它们在市场渗透和商业上的成功很大程度依赖于运营商的静态频率分配策略。随着频谱资源需求量与日俱增，这种强调通过静态分配的政策，会导致许多频谱分配的频段只用于在一定范围内的地理区域，或在一段时间有限的时期，面临着特定频谱波段短缺的难题。

为了解决上述难题，认知无线网络应运而生，旨在采用一种新的方式有效管理和分配无线频谱资源，以提高它们的使用率。认知无线网络被定义为一个根据与其运作的环境的相互作用和感知，可以动态改变其发射机参数的无线电。它与传统的无线电设备的不同之处在于认知无线电当中的用户具有认知和设备资源可重构。

在认知无线网络研究当中，最重要且关键的技术之一是动态频谱管理技术，通过该技术，认知网络用户能够以一种机会主义的方式共享主网络用户的无线通信信道。要实现动态管理的目标，需要依赖于有效的频谱分配和动态频谱接入技术。

在认知无线网络当中，由于主网络用户与认知网络用户、认知网络用户之间存在选择竞争关系，这一场景十分适合于博弈论的应用，因此，可以采用博弈论的思想进行动态频谱分配问题的建模。

要将博弈论应用到通信网络技术当中的前提条件是所要研究的对象能够满足博弈过程的理性条件和基本要素。其中，理性条件包括：

(1)博弈的过程需要对规范进行定义，即通信方根据环境因素进行策略选择和行动时要遵守一组确定的判定规则。

(2)参与者在进行决策选择时，能够对获得更好的收益有一个合理的预期。要满足这一条件，每一个参与者需要有一个收益最大化的严格定义的目标函数。该条件与可定义的目标函数与行动组合，都是对博弈过程进行良好的分析的必要条件。

同时，要利用博弈论进行问题分析，其基本要素也必须要满足，主要包括：

(1)在认知无线网络当中能够进行决策的参与者或者决策实体数量必须大于1。

(2)参与者的决策集合拥有一个或者一个以上的策略或行动。

基于以上两个条件，我们可以看出认知无线网络能够完全满足博弈论对问题分析的要求。实际上，认知无线网络的频谱资源共享包含了多个主网络用户与认知用户的博弈过程。为了获得自身利益最大化，主网络用户之间、主网络用户与认知网络用户之间、认知网络用户之间都会存在相互竞争和相互影响。因此，基于博弈论的认知无线网络动态频谱分配分析就是要找出能够使得各参与方收益最大化的收敛结果。

鉴于此，本发明围绕动态频谱分配这一主题，提出一种在认知无线网络中基于定价博弈的动态频谱分配方法。该方法能够更为高效、合理的进行动态频谱分配，满足认知无线网络的现实需求。

发明内容

本发明是一种在认知无线网络中基于定价博弈的解决动态频谱分配方法。本发明完全基于认知网络用户的实际需求，构建不同的效用函数模型，包括认知网络用户、主网络用户和服务提供商，通过定价博弈思想，完成动态频谱分配的要求。

本发明具体步骤包括：

步骤1：主网络用户的阻塞率要低于某个容忍度β。服务提供商在博弈起始初期需要决定阻塞率要低于某个容忍度β，能够分配给认知网络用户的可用新信道数量，并且K_l≤K^M(K_l为可用频谱信道资源数，K^M为最大可用信道资源数)。

步骤2：对于可用数量的K_l个频谱信道资源，必须通过服务提供商主持博弈，选择竞标成功者进行分配。

步骤3：主网络用户数量与可分配给认知网络用户信道数量关系限定。考虑某一个帧内部的频谱资源数据单元使用情况，在一个帧内部共有数量为D个数据单元，如果数量为N_p个的主网络用户需要对该帧内部的数据单元进行访问，那么会存在两种情况，其规则如下：

(1)当N_p大于D时，表示该帧内的数据单元不够分配，那么本文设计的模型采用先到先服务的策略，后来到的N_p-D个主网络用户将没有可用信道进行通信。