[发明专利]无线电网络中基于契约的动态频谱分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通信技术领域的方法，尤其是一种无线电网络中的动态频谱分配方法，具体地，涉及无线电网络中基于契约的动态频谱分配方法。

背景技术

近年来，随着无线通信技术的飞速发展，无线频谱成为越来越稀缺的资源。为了解决该问题，学者提出了认知无线电，允许对已授权频谱进行二次利用以提高频谱利用率。在认知无线电网络中，一般分为主要用户和次级用户。其中，主要用户为授权用户，次级用户为非授权用户，又称为认知无线电用户，主要用户和次级用户可以采用择机式或协商式的方式共享授权频段。在择机式频谱共享中，次级用户无需付费就可以使用频谱，并可能对主要用户造成潜在的干扰。这对于为了获取执照而支付了大笔费用的主要用户而言是不公平的。协商式频谱共享可以较好地解决上述问题。在协商式频谱共享方式下，主要用户和次级用户针对频谱的范围、使用限制、时段和价格等进行协商，次级用户只能在主要用户指定的频段或时段上进行通信，未得到主要用户许可的情况下次级用户不可以使用授权频段。因此，协商式频谱共享中的研究重点是，如何设计一种可行的协商方案，使主要用户愿意出售授权频段，同时，次级用户愿意从主要用户处购买频段。

经对现有技术文献的检索发现，Niyato等于2009年在IEEE Transaction on Mobile Computing期刊上发表了“Dynamics of Multiple-Seller and Multiple-Buyer Spectrum Trading in Cognitive Radio Networks：A Game-Theoretic Modeling Approach”(认知无线网络中的多卖家多买家动态频谱交易：基于博弈论的方法)。该技术提出了一种基于演化博弈和非合作博弈的频谱交易模型，通过迭代算法，可实现次级用户的动态频谱购买行为达到演化博弈均衡点，且主用户间的竞争式频谱出售行为达到纳什均衡点。基于拍卖理论，Gao等于2011年在IEEE Transaction on Mobile Computing期刊上发表了“MAP：Multi-Auctioneer Progressive Auction for Dynamic Spectrum Access”(MAP：基于多卖家渐进式拍卖的动态频谱接入)。该技术提出了一种多买家多卖家场景下的渐进式频谱拍卖算法以解决动态频谱共享的问题，在保证个体激励的基础上，可实现全局最优的频谱使用效率。

上述现有技术都没有考虑过不同类型的频谱买家对频谱资源的实际要求不同这一问题。在他们的工作中，所有频谱资源被赋予相同的质量，并在所有频谱买家中进行交易，这一假设与实际情况不符。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提出了一种无线电网络中的空闲频道分配方法。本发明适用于具有单个频谱拥有者和多个频谱买家的认知无线电网络。本发明最终由授权系统提出一组最优的质量价格组合，称为最优契约，使得授权系统因为出售信道而获得的总收益达到最大。

根据本发明的一个方面，提供一种无线电网络中基于契约的动态频谱分配方法，包括如下步骤：

步骤一，授权系统统计自身的空闲频道数目，并定义自身的收益函数；认知无线链路定义自身的收益函数，并向授权系统汇报自身的类别信息；

步骤二，授权系统将根据认知无线链路的类别信息求解最优质量集合，首先求出独立最优解的集合然后依次消去中的不合理子序列，直到成为合理的质量集合为止，此时的即为最优质量集合

步骤三，授权系统根据所求的最优质量集合按照一定规则，求出相应的最优价格集合；

步骤四，授权系统向所有认知无线链路宣告最优契约第t类认知无线链路根据自己的类别，选择相应的传输功率并向授权系统支付价格

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

步骤一，将单个授权系统和多个认知无线电链路构成的分布式认知无线电网络模型建模为垄断市场模型，并将其中的动态频谱分配问题建模为基于契约的频谱交易问题。

在该系统中，授权系统作为频谱卖家出租其空闲信道，认知无线电链路作为频谱买家租用所需信道。将某个信道上认知无线电链路允许的最大功率定义为该信道的质量q。

针对授权系统，需定义以下两个变量。首先，定义认知无线电链路使用该信道对授权系统造成的利益损失为信道成本(Cost)。则质量为q的信道成本记为：

C(q)＝C₀+T(q)            式一