[发明专利]一种D2D协作网络场景下基于社会关系的功率分配方法

权利要求书

1.一种D2D协作网络场景下基于社会关系的功率分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、获取终端用户之间的社会属性，并结合用户间链路速率和社会关系强度生成社会-物理关系图,建立耦合网络；所述社会-物理关系图采用有向加权图G(V_s,E_s,w)来表征用户间复杂的社会关系图，其中V_s为用户集合，社会层中用户与物理层中的终端设备是一一对应的关系；E_s代表用户间的社会联系，边权值w表示连边的强度；

2)、结合用户间的社会关系和功率限制，根据请求用户所达到的速率提升和协作用户所获得的支付报酬,分别建立请求用户和协作用户双方的利益函数；

3)、考虑到协作用户和请求用户双方的利益冲突，基于双方利益函数建立两阶Stackelberg博弈模型；

4)、请求用户和协作用户之间通过博弈调整形成分配方案，并基于步骤3)的Stackelberg博弈模型确定功率分配策略和功率价格。

2.根据权利要求1所述一种D2D协作网络场景下基于社会关系的功率分配方法，其特征在于：步骤2)所述请求用户和协作用户双方的利益函数分别为：

(1)请求用户的利益函数：

U_i(P_i,V)＝(R_ci-R_Bi)-(1-S_ci)V*P_i,i＝1,2,…,n

(2)协作用户的利益函数：

式中，R_ci表示D2D链路速率，R_Bi表示蜂窝链路速率，S_ci表示协作用户与请求用户i的社会关系强度，C_ost表示单位功率成本，V表示单位功率价格，P_i表示用户i的分配功率，n表示请求用户数量。

3.根据权利要求2所述一种D2D协作网络场景下基于社会关系的功率分配方法，其特征在于：步骤3)所述两阶Stackelberg博弈模型，在第一阶段，协作用户发布功率价格，继而请求用户在第二阶段回复自己的功率需求；

对于任意的(P,V)，当满足如下条件，则(P^*,V^*)为博弈模型的均衡点：

式中，P表示为功率分配所对应的向量，即P＝{P₁,P₂,…P_n}，V^*表示博弈模型处于均衡点时的价格，P^*表示博弈模型处于均衡点时请求用户对应的功率分配值；

满足以上条件的博弈均衡点，通过如下方式获得：首先解决第二阶段请求用户的功率需求问题，获得各请求用户最优的功率值P_i^*，然后将其应用于第一阶段的定价问题，表示为：

第一阶段：第二阶段：

对于给定价格V，第二阶段存在唯一最优解：

其中g_ci＝ζ_c,i^-α|h₀|²，N₀表示与用户o复用相同蜂窝用户资源的D2D用户集合，ζ_c,i表示D2D发送者c和接受者i间的距离，α表示信道衰减因子，h₀表示瑞利信道系数。

4.根据权利要求3所述一种D2D协作网络场景下基于社会关系的功率分配方法，其特征在于：步骤4)所述基于步骤3)的Stackelberg博弈模型确定功率分配策略和功率价格，利用拉格朗日乘子法对第一阶段进行价格V的求解，建立拉格朗日函数为：

其中λ,μ,ν均为拉格朗日乘子，A和B分别是价格V的上下边界，P_max表示最大功率值，n表示请求用户数量；

基于KKT条件，V的最优值由得到，通过计算后表示如下：

λ^t，ν^t，μ^t为经过t次更新后的拉格朗日乘子。

5.根据权利要求1到4任一项所述一种D2D协作网络场景下基于社会关系的功率分配方法，其特征在于：步骤4)所述确定功率分配策略和功率价格具体的步骤包括：

(1)初始化拉格朗日乘子λ⁰,u⁰,v⁰≥0、以及单位功率价格V⁰和迭代次数t＝0；为步长值；

(2)利用梯度下降法，更新拉格朗日乘子λ^t+1,u^t+1,v^t+1；

(3)利用更新后拉格朗日乘子，得到更新后的V^t+1；

(4)对每一次迭代判断|V^t+1-V^t|；

(5)如果|V^t+1-V^t|≥ε，ε表示价格增量步长，更新迭代次数t＝t+1，循环进入步骤(2)；

(6)如果|V^t+1-V^t|＜ε，表示达到博弈平衡，故跳出循环，并计算出功率分配对应的向量，即P＝{P₁,P₂,…P_n}。