認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于定價(jià)的最優(yōu)功率控制方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于定價(jià)的最優(yōu)功率控制方法，包括：初始化次用戶個(gè)數(shù)和容許因子；根據(jù)次用戶的容許因子將次用戶進(jìn)行降序排列；計(jì)算次用戶的判定因子；比較判定因子和容許因子大小關(guān)系，如果條件滿足，給出次用戶的最優(yōu)功率和主用戶的定價(jià)方法，方法結(jié)束；否則，將容許因子最低的次用戶功率設(shè)置為零，其余次用戶繼續(xù)按照第四步執(zhí)行，直到條件滿足，給出次用戶的最優(yōu)功率和主用戶的定價(jià)方法。本發(fā)明在主用戶知道次用戶的容許因子的情況下和整個(gè)認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)的信道信息的情況下，通過不超過次用戶總個(gè)數(shù)次的迭代就可以給出次用戶的最優(yōu)功率分配的閉式解和主用戶的最優(yōu)定價(jià)，該方法可以增加主用戶的收益和容許更多的次用戶接入頻譜。
【專利說明】認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于定價(jià)的最優(yōu)功率控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中功率控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于定價(jià)的最優(yōu)功率控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)下，次用戶可以通過租借主用戶的頻譜，來接入頻譜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。為了保證自身的服務(wù)質(zhì)量和獲得頻譜租借的動(dòng)機(jī)，主用戶可以通過對(duì)次用戶的干擾進(jìn)行收費(fèi)。首先，主用戶對(duì)于各次用戶的單位干擾功率制定一定的價(jià)格，通過將該價(jià)格廣播給各次用戶；次用戶基于該價(jià)格通過非合作博弈來控制自身的功率。主用戶和次用戶之間的這種交互行為可以通過Stackelberg博弈來分析。由于主用戶的定價(jià)將影響次用戶的功率，從而影響自己的收益。因此，為了保證次用戶對(duì)于主用戶的總干擾小于干擾門限并最大化自身的收益，主用戶需要采用合理的定價(jià)策略來控制次用戶的功率。通過遞歸的方法，主用戶的收益函數(shù)的函數(shù)可以表示為次用戶功率的非凸優(yōu)化函數(shù)，因此，傳統(tǒng)的凸優(yōu)化算法并不能直接用來找到主用戶的最優(yōu)定價(jià)和次用戶的最優(yōu)功率。
[0003]近年來，在認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于定價(jià)方法來控制次用戶的功率進(jìn)行研究正受到越來越多的關(guān)注。對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，相關(guān)文獻(xiàn)如下:
[0004]Hui Yu 等人在《2010IEEE Transactions on Vehicular Technology, May.2010,vol.59, n0.4, pp.1769 - 1778.》上發(fā)表了 題為 “Pricing for uplink power control incognitive radio networks”的文章。該文章考慮主用戶和次用戶都處于一個(gè)服務(wù)基站的情形，在一定干擾門限下，次用戶可以通過對(duì)主用戶的干擾進(jìn)行付費(fèi)而容許接入基站。由于主用戶最大化效用函數(shù)是非凸的，文章將主用戶的策略設(shè)定成一定的線性比例關(guān)系，該方法獲得一個(gè)次優(yōu)的定價(jià)算法。同時(shí)，系統(tǒng)模型中主用戶和次用戶接入的基站是同一個(gè)基站，并不能直接拓展到次用戶和主用戶的基站是不同的情形。
[0005]Xin Kang 等人在((2012IEEE Journal on Selected Areas in Communications,Apr.vol.30, n0.3, pp.538 - 549.》上發(fā)表了題為 “Price-based resource allocation forspectrum-sharing femtocell networks:A stackelberg game approach，，的文章。該文章提出了的模型拓展了 Hui Yu等人的模型，主用戶和次用戶的基站可以不同的。提出了一種非一致的定價(jià)模型來最大主用戶的收益。由于該算法是通過將次用戶的最壞情況的干擾來解耦次用戶之間的相互干擾，從而忽略掉次用戶之間的相互干擾鏈路，該定價(jià)方法所獲得的功率控制方法是次優(yōu)的，并不能最大化主用戶的收益。
[0006]由相關(guān)研究可知，為了最大化主用戶的收益，同時(shí)保證次用戶的總干擾小于干擾門限，需要主用戶對(duì)各個(gè)次用戶采用一定的定價(jià)來控制次用戶的功率。本發(fā)明基于通過變量替換將主用戶的效用函數(shù)的非凸函數(shù)表示為一個(gè)等價(jià)凸優(yōu)化問題，基于該等價(jià)優(yōu)化問題，提出最大化主用戶的收益的最優(yōu)功率控制方法。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于定價(jià)的最優(yōu)功率控制方法。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于定價(jià)的功率控制方法并能獲得次用戶的最優(yōu)功率和最大化主用戶的收益，提供了一種最優(yōu)的功率控制方法來最大化主用戶收益。本發(fā)明能夠使得主用戶在知道次用戶的信道信息和偏好因子的情況下，通過至多次用戶個(gè)數(shù)次的迭代來找到次用戶的最優(yōu)功率和主用戶的最優(yōu)定價(jià)。該定價(jià)方法在保證次用戶對(duì)于主用戶的干擾小于給定的干擾門限的前提下，基于最大化主用戶收益的等價(jià)凸優(yōu)化問題的最優(yōu)解和變量替換之間關(guān)系，找到次用戶的最優(yōu)功率，比傳統(tǒng)基于非一致的定價(jià)方法提高了主用戶的收益，并可以容許更多次用戶接入頻譜。
[0008]根據(jù)本發(fā)明提供的一種認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于定價(jià)的最優(yōu)功率控制方法，包括如下具體步驟:
[0009]第一步:初始化次用戶個(gè)數(shù)和次用戶容許因子；
[0010]第二步:將次用戶容許因子降序排列；
[0011]第三步:計(jì)算各個(gè)次用戶的判定因子；
[0012]第四步:如果最后一個(gè)次用戶的容許因子大于它的判定因子，則給出次用戶的最優(yōu)功率和主用戶的定價(jià)方法，方法結(jié)束；
[0013]第五步:針對(duì)第四步，如果最后一個(gè)次用戶的容許因子小于或者等于它的判定因子，則將最后一個(gè)次用戶的功率設(shè)置為零，轉(zhuǎn)到第四步，對(duì)其余的次用戶的容許因子和它的判定因子進(jìn)行比較，直到條件滿足，計(jì)算出最優(yōu)功率和給出主用戶的定價(jià)。
[0014]優(yōu)選地，在第一步中，具體地，初始化次用戶個(gè)數(shù)K = n，次用戶i的容許因子％:
【權(quán)利要求】
1.一種認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于定價(jià)的最優(yōu)功率控制方法，其特征在于，包括如下具體步驟: 第一步:初始化次用戶個(gè)數(shù)和次用戶容許因子； 第二步:將次用戶容許因子降序排列； 第三步:計(jì)算各個(gè)次用戶的判定因子； 第四步:如果最后一個(gè)次用戶的容許因子大于它的判定因子，則給出次用戶的最優(yōu)功率和主用戶的定價(jià)方法，方法結(jié)束； 第五步:針對(duì)第四步，如果最后一個(gè)次用戶的容許因子小于或者等于它的判定因子，則將最后一個(gè)次用戶的功率設(shè)置為零，轉(zhuǎn)到第四步，對(duì)其余的次用戶的容許因子和它的判定因子進(jìn)行比較，直到條件滿足，計(jì)算出最優(yōu)功率和給出主用戶的定價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于定價(jià)的最優(yōu)功率控制方法，其特征在于，在第一步中，具體地，初始化次用戶個(gè)數(shù)K = n，次用戶i的容許因子％:
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于定價(jià)的最優(yōu)功率控制方法，其特征在于，在第二步中，次用戶的排序方式為:α I >...^ α κ,其中α κ為次用戶K的容許因子。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于定價(jià)的最優(yōu)功率控制方法，其特征在于，在第三步中，具體地，對(duì)于次用戶i，i = 1，...，K的判定因子Pi的取值為:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于定價(jià)的最優(yōu)功率控制方法，其特征在于，在第四步中，具體地，如果次用戶K的容許因子CIk大于它的判定因子βκ，那么次用戶i的最優(yōu)功率￥為:
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中基于定價(jià)的最優(yōu)功率控制方法，其特征在于，在第五步中，具體地，如果次用戶K的容許因子CIk不大于它的判定因子βκ，那么次用戶K的最優(yōu)功率為零，將K-1賦值給K，返回步驟四，對(duì)剩下的K個(gè)次用戶的最優(yōu)功率和定價(jià)進(jìn)行設(shè)置。
【文檔編號(hào)】H04W52/04GK104010288SQ201410219921
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月22日
【發(fā)明者】王正強(qiáng), 蔣鈴鴿, 何晨 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)