[发明专利]基于博弈论的分等级定价的频谱资源管理方法

说明书

技术领域

本发明主要解决无线认知通信网络中的无线资源管理(RRM)问题，探讨其中的频谱资源管理策略。在认知网络与主系统网络异构共存的环境下，通过建立合理的定价机制，以基于博弈的价格机制作为资源管理的核心，是解决无线网络中频谱资源紧张的有效途径，通过设计基于博弈论的分等级定价的频谱资源管理方案，不但能够充分利用有限的频谱资源，而且能够确保认知用户与主用户以及认知用户之间公平合理的竞争，避免资源利用出现过饥或过饱的状况。

背景技术

面临网络服务多样化、资源日益紧张化、多种网络接入技术共存化的问题，无线通信对未来网络研究提出了更高的要求，下一代无线通信将会通过动态频谱接入技术和异构的网络结构使网络用户能够更有效地无缝使用无线网络资源。

换言之，未来无线通信系统可以看作是不同无线接入技术(RAT)支持的无线接入网络(RAN)相互融合的异构无线网络环境，同时也包括为解决频谱资源有限而采用的认知技术与普通网络之间的异构环境。在这种环境中，不同技术有其各自的优点和局限性，例如，无线广域网(WWAN)支持宽带覆盖，但是传输数据率低。无线局域网(WLAN)的数据传输率高但是覆盖范围仅仅局限于“热点”区域。对一个既要求高速数据传输率又高速移动的用户而言，仅仅依靠WWAN或WLAN单个网络服务是达不到用户服务质量(QoS)要求的。要保证该用户的QoS要求，就应该在WWAN和WLAN共存的环境下，实现两种网络优点的融合，缺点的相互补充，使得WLAN提供的高数据传输速率的服务在更广的范围内延续。对于认知网络而言，需要与主系统网络达到互利、公平、有效的资源共享和共存。因此异构无线网络融合应运而生。异构无线网络无疑将各种网络技术取长补短，相互补充，通过对整个网络的无线资源管理和RAT技术切换，使得网络基站能够很好地在时间上和空间上为不同需求的用户提够足够QoS保证的低成本服务，同时最大限度地提高其自身的网络容量和经营效益。实现异构无线网络的关键技术之一是网络的无线资源管理(RRM)技术，即如何实现不同RAT之间的无缝合作和互补。无线资源管理具体而言，就是对异构网络中频谱资源的管理，主要包括主系统资源之间的管理和分配，主系统和认知系统资源之间的管理和分配，以及认知系统资源之间的管理和分配等等。

在RRM算法研究中，价格是资源管理的核心。基站之间现有的价格机制有竞争和合作两种模式，以微观经济学模型为基础，竞争模式包括simulation-play，Stackelberg和Bertrand模型。合作模式以N-person同盟模型为主。不同模型采用不同的效用函数和QoS限制条件，决定了不同的竞争结构和竞争对象，并运用博弈理论进行分析得到均衡解。两种模式各有利弊。竞争模式可以最大化基站个体的局部效益，但是网络的整体性能往往不是最优的，而合作模式可以最大化网络的全局效益，但是往往以牺牲局部基站的利益为代价。此外，现有的价格竞争机制并没有将用户的成本和不同需求等因素考虑在内，没有与RAT切换、资源调度、配置以及功率控制等其它无线资源的管理方面建立联系，而实际上，基站提出的价格对以上各方面都是具有根本性影响的，这种影响决定了异构无线网络中用户对RAT的选择、用户的成本以及QoS保证等。

综上所述，现有异构网络中无线资源管理存在的问题主要有：(1)全局效益和整体系统性能不能兼顾，全局效益和局部效益不能兼顾；(2)现有的价格竞争机制并没有将用户的业务模型、移动模型和网络行为等因素考虑在内，没有在资源价格与RAT切换、资源调度和配置以及功率控制等无线资源管理的其它方面建立联系。

为了解决上述问题，需要探讨RRM的新策略，实现真正的异构网络融合和无缝连接服务。

发明内容

技术问题：通过对异构网络中的无线资源价格机制、动态频谱接入方式以及干扰抑制技术的研究，使异构网络获得全局效益最大化，全局性能最优化，局部效益最佳化，用户QoS可靠化的性能。提出基于博弈论的分等级定价的频谱资源管理方法，主系统基站根据自身用户和有资源要求的认知用户的频谱需求情况，首先在主用户和认知用户之间进行频谱定价，再根据资源公平竞争的原则，将次用户按其QoS需求不同分为优先级不同的等级，在不同等级用户间根据博弈理论进行频谱定价，达到系统资源公平、有效、互惠互利利用的目的。

技术方案：本发明基于以上考虑，首先将主系统用户和认知用户的频谱资源进行分级和量化，再在认知用户之间根据用户业务QoS特性将用户按优先级分类，在同一个优先级内用户按博弈原则制定相应的价格。不同优先级用户有不同的价格。首先，这里定义的术语定义如下：