[发明专利]一种兼顾多网络因素的效用容量的表征和构建方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种兼顾多网络因素的效用容量的表征和构建方法。

背景技术

传统点到点信息论构筑了频谱和功率资源相对于高斯白噪声的容量理论。网络信息论开启多用户的网络容量研究。随着当前网络架构，关键技术和应用不断发展，传统点到点的香农或者多用户网络信息论的容量域和传统信息论技术面临巨大挑战。面对复杂的网络结构和多样的无线环境，它们不能为网络设计提供有效理论支撑。因此，近十年来出现安全容量、后香农功能容量和传输容量等。然而，从信息论角度，这些容量域强调单一维度或者存在延迟无限大和可靠性无限高等非实际的假设，并且忽略信令开销、有限反馈和回程链路等实际约束。

实际网络环境中存在多因素的影响，包含多用户的竞争与合作行为，自私与理性的策略选择和网络能力指标等。另外，多种性能指标并存的未来无线网络进一步追求提升频谱效率的同时，需要关注能量效率，以一进步设计更好的绿色通信和高效的节能技术等。同时，在追求这些效率的同时，还需要兼顾回程、控制等信令和能量开销。

因此，信息论在兼顾多因素的指标的网络容量域表征和构建方面遇到前所未有的瓶颈。近20年来，博弈论在信道和网络容量等方面引起关注，近几年博弈论在多址信道、广播信道和干扰信道等方面的研究成果广泛发表在IEEE信息论经典会议ISIT。同时，知名信息论专家D.N.C.Tse和E.Erkip把信息论和博弈论结合，考察干扰信道的纳什均衡域，分别在基于非合作纳什博弈和纳什议价合作博弈研究高斯干扰信道的改进容量域，并研究合作议价解和非合作解之间的关系等问题。然而，上述工作不能综合表征多用户的竞争与协作关系、自私和理性的行为等因素对于个体网络容量的影响。同时，整体网络容量不能确切的反映合作和理性带来的容量增益。目前，尚不存在兼顾多网络性能指标和开销等多网络因素的网络容量表征和构建方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼顾多网络因素的效用容量的表征和构建方法，旨在解决现有的技术尚未刻画多资源用户的竞争与协作关系、自私和理性的行为等因素对于网络容量的影响，不能确切的反映合作和理性带来容量增益的问题。

本发明是这样实现的，一种兼顾多网络因素的效用容量表征和构建方法，该兼顾多网络因素的效用容量表征和构建方法包括兼顾多网络因素的效用容量的表征方法和兼顾多网络因素的效用容量的构建方法；

首先，兼顾不同网络性能指标，包含频谱效率、能量效率和开销效率表征个体网络效用函数；其次，基于个体网络效用，兼顾干扰竞争合作关系、自私理性行为，基于纳什积函数表征整体网络效用容量；最后，给出具体建构流程和方法；兼顾多网络因素的网络效用容量的构建方法，步骤包括：确定多网络因素、表征个体效用容量、表征网络效用容量。

进一步，兼顾多网络因素的效用容量的表征方法包括个体效用容量和网络效用容量的表征方法。

进一步，兼顾多网络能力指标的个体效用容量数学表征方法兼顾不同网络性能指标，包含频谱效率、能量效率和开销效率；

具体方法为：每个用户i是自私理性的，兼顾多网络能力指标的个体效用容量数学模型定义为u_i(s,e,c)，描述频谱效率s，能量效率e和开销效率c网络能力指标的函数；u_i函数综合描述频谱效率s，能量效率e和开销效率c的物理关系；u_i＝s^αe^1-α-λc，α取值范围是[0,1]，λ是引入的参数；α＝0表示网络完全是能量效率e主导的，是绿色通信的网络；α＝1表示当前网络是频谱效率s主导的，是追求容量或者吞吐量的网络；0<α<1表示网络是频谱效率s和能量效率e的网络；同时，个体效用容量兼顾开销效率c；定义开销为斜率为λ的开销效率c的线性函数形式；即随着开销效率c的提升，个体效用容量随着开销效率c线性增加。

进一步，兼顾多用户行为的网络效用容量数学表征方法包括兼顾竞争合作关系和自私理性行为，表征整体网络效用容量；基于议价合作博弈的公理化的要求，定义N个用户之间的兼顾公平性和网络效率的网络效用容量；定义网络效用容量的数学表达式为：

其中，表示N个用户的纳什乘积函数，参数l表示用户i的具体分布位置，反映用户i对于网络效用容量的贡献程度；参数l的取值范围为[0,1]。

进一步，兼顾多网络因素的网络效用容量的构建方法步骤为：

步骤一，确定多网络因素：

从用户行为、网络性能指标和运营商运维开销多个维度，获取应该兼顾的多维实际网络因素；