無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基于非合作博弈的節(jié)點(diǎn)協(xié)作激勵(lì)方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基于非合作博弈的節(jié)點(diǎn)協(xié)作激勵(lì)方法，所述方法針對(duì)蜂窩ad-hoc異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的自私性，建立了節(jié)點(diǎn)博弈的效用模型，綜合博弈三要素：參與者、博弈策略和效用函數(shù)，提出了一種基于非合作博弈的節(jié)點(diǎn)協(xié)作激勵(lì)機(jī)制；通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明了該非合作博弈納什均衡的存在性，能夠獲得優(yōu)化模型的理論最優(yōu)解。本發(fā)明產(chǎn)生的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)協(xié)作激勵(lì)機(jī)制方式非常簡(jiǎn)單而易于實(shí)現(xiàn)，具有很好的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基于非合作博弈的節(jié)點(diǎn)協(xié)作激勵(lì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基于非合作博弈的節(jié)點(diǎn)協(xié)作激勵(lì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)(WirelessHeterogeneous Network)是由多種技術(shù)、多種網(wǎng)絡(luò)、多種業(yè)務(wù)相互融合形成的集合體，WHN可以極大地提升單個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能，在支持傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的同時(shí)也為引入新的服務(wù)創(chuàng)造了條件；而且可以為未來(lái)的移動(dòng)通信系統(tǒng)提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更廣的信號(hào)覆蓋范圍，并支持更高速率的移動(dòng)性。其中，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作激勵(lì)研究是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的課題，受到越來(lái)越多的關(guān)注。
[0003]在典型的蜂窩和ad-hoc異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)中，移動(dòng)ad-hoc網(wǎng)絡(luò)是由移動(dòng)終端節(jié)點(diǎn)所自發(fā)形成的一個(gè)無(wú)固定基站的多跳的臨時(shí)自治網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該網(wǎng)絡(luò)又稱為多跳無(wú)線路由網(wǎng)絡(luò)。利用ad-hoc網(wǎng)絡(luò)就可以在任意時(shí)間地點(diǎn)組建一個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，這樣的網(wǎng)絡(luò)可以運(yùn)用在軍事領(lǐng)域、應(yīng)急通信和個(gè)人通信等方面。同時(shí)，無(wú)線ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)可以作為鄰居節(jié)點(diǎn)的中繼，協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)鄰居節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)副本，從而達(dá)到擴(kuò)大通信覆蓋范圍，提高數(shù)據(jù)速率，降低誤碼率，降低通信中斷概率等系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)。通過(guò)移動(dòng)ad-hoc網(wǎng)絡(luò)這種自組織性和多跳中繼能力，可以緩解蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站的瓶頸效應(yīng)、平衡業(yè)務(wù)流量并提高網(wǎng)絡(luò)的空間復(fù)用率，也相應(yīng)的擴(kuò)大了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍。但在無(wú)線ad-hoc網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)自私節(jié)點(diǎn)都知道如頻帶、時(shí)隙等無(wú)線資源對(duì)于自身都非常重要，而協(xié)助鄰居節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)需要消耗這些資源的，所以通常情況下，這些自私節(jié)點(diǎn)只希望利用資源為己謀利，如降低自身誤碼率等，而不愿主動(dòng)貢獻(xiàn)資源區(qū)參與中繼轉(zhuǎn)發(fā)。所以為了使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的自私節(jié)點(diǎn)能主動(dòng)參與協(xié)作中繼以提高系統(tǒng)整體性能，必須提供一種“激勵(lì)機(jī)制”，使得所有自私節(jié)點(diǎn)在這種激勵(lì)機(jī)制下都感覺(jué)有利可圖，愿意主動(dòng)參與協(xié)作中繼，從而客觀上提高了網(wǎng)絡(luò)整體性能。因此，提出了一種蜂窩ad-hoc異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于非合作博弈的節(jié)點(diǎn)協(xié)作激勵(lì)機(jī)制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，特別針對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中繼協(xié)作激勵(lì)問(wèn)題，提出了無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基于非合作博弈的節(jié)點(diǎn)協(xié)作激勵(lì)方法。本發(fā)明方法針對(duì)蜂窩ad-hoc異構(gòu)融合網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的自私性，建立了節(jié)點(diǎn)博弈的效用模型，綜合博弈三要素:參與者、博弈策略和效用函數(shù)，提出了一種基于非合作博弈的節(jié)點(diǎn)協(xié)作激勵(lì)機(jī)制。
[0005]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題，采用如下技術(shù)方案:
[0006]無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基于非合作博弈的節(jié)點(diǎn)協(xié)作激勵(lì)方法，所述方法將無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分為源節(jié)點(diǎn)S、目的節(jié)點(diǎn)D和中繼節(jié)點(diǎn)；
[0007]其具體步驟如下:
[0008]步驟A，源節(jié)點(diǎn)S的策略空間是以最小的代價(jià)獲得最大的收益，將信噪比增益作為源節(jié)點(diǎn)的收益，將支付給中繼節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償作為代價(jià)，源節(jié)點(diǎn)S考慮節(jié)點(diǎn)收益和代價(jià)，進(jìn)而選擇傳輸路徑；則源節(jié)點(diǎn)S的最優(yōu)化問(wèn)題描述為:
[0009]maxUs=a X Δ gamma -pr± Xpi
[0010]s.t.Δ Y = Y SiD- V so
[0011]Y Si=Pshsi/ σ 2
[0012]Y SD-Pshso/ 0
[0013]Y iD=PihiD/ σ 2
[0014]Y siD- Y SD+ Y Si Y id/ (1+ Y Si+ Y iD)
[0015]0 ^ Pi ^ pm
[0016]0 ^ ps ^ pm
[0017]其中，
[0018]Us表示源節(jié)點(diǎn)的收益；
[0019]Δ y表示中繼節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)傳輸分組獲得的信噪比增益；
[0020]ySi表示源節(jié)點(diǎn)到中繼節(jié)點(diǎn)的信噪比；
[0021]噶媽媽嗎 SD表示源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行直接傳輸?shù)男旁氡龋?br> [0022]y SiD表示通過(guò)中繼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)作傳輸所獲得的信噪比；
[0023]hSi為源節(jié)點(diǎn)S到中繼節(jié)點(diǎn)i間的信道增益；
[0024]hSD為源節(jié)點(diǎn)S到目的節(jié)點(diǎn)D的信道增益；
[0025]hiD為中繼節(jié)點(diǎn)i到目的節(jié)點(diǎn)D的信道增益；
[0026]Pi, Ps分別表示中繼節(jié)點(diǎn)i和源節(jié)點(diǎn)S的發(fā)射功率,Pni表示任意節(jié)點(diǎn)的發(fā)射功率最大值，系數(shù)a代表信噪比增益系數(shù)，a值越大，表明源節(jié)點(diǎn)S獲得信噪比增益越大，pr,表示中繼節(jié)點(diǎn)i提供的單位功率價(jià)格；
[0027]σ 2表示加性高斯白噪聲信道的方差；
[0028]步驟B，中繼節(jié)點(diǎn)愿意轉(zhuǎn)發(fā)源節(jié)點(diǎn)的分組會(huì)消耗自身的能量、資源，將中繼節(jié)點(diǎn)的功率作為用于轉(zhuǎn)發(fā)分組的資源，中繼節(jié)點(diǎn)的目標(biāo)是得到最大的源節(jié)點(diǎn)支付的轉(zhuǎn)發(fā)補(bǔ)償；則中繼節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)化問(wèn)題描述為:
[0029]max Uri=PriP^-CiPi*
[0030]s.t.PriX)
[0031]
【權(quán)利要求】
1.無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)基于非合作博弈的節(jié)點(diǎn)協(xié)作激勵(lì)方法，其特征在于，所述無(wú)線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)分為源節(jié)點(diǎn)S、目的節(jié)點(diǎn)D和中繼節(jié)點(diǎn)；所述方法具體步驟如下: 步驟A，源節(jié)點(diǎn)S的策略空間是以最小的代價(jià)獲得最大的收益，將信噪比增益作為源節(jié)點(diǎn)的收益，將支付給中繼節(jié)點(diǎn)的補(bǔ)償作為代價(jià)，源節(jié)點(diǎn)S考慮節(jié)點(diǎn)收益和代價(jià)，進(jìn)而選擇傳輸路徑；則源節(jié)點(diǎn)S的最優(yōu)化問(wèn)題描述為:
【文檔編號(hào)】H04W16/26GK103916912SQ201410114116
【公開(kāi)日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2014年3月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月25日
【發(fā)明者】張暉, 張瑩輝, 楊龍祥, 朱洪波 申請(qǐng)人:南京郵電大學(xué)