[发明专利]协作通信中一种基于纳什均衡的传输策略方法

说明书

技术领域

本发明涉及协作通信技术领域，特别涉及协作通信中一种基于纳什均衡非合作博弈的传输策略方法。

背景技术

在无线网络中，由于路径损耗和潜在干扰的存在，使得通信过程中的各项性能指标均会产生明显的下降，有时甚至会使网络性能急剧恶化。大量的研究表明，多输入多输出(MIMO，multiple-input-multiple-output)技术可以成倍地提高无线信道的容量和频谱利用率，从而成为了一项热点技术。然而，由于它需要同时配备多根天线，这就使得MIMO技术很难在移动终端等小型设备上得以应用。在这样的背景下，一项新技术——协作通信(CC，cooperative communication)受到了人们的关注，它在多用户环境中按照一定的方式，使单天线的移动终端通过使用其他空闲终端的天线，形成一个虚拟天线阵列(VAA，virtual antenna array)，从而获得类似于MIMO系统中的空间分集增益，这样就可以在不增加硬件设备复杂度和成本的同时，使无线网络的性能得到改善。

协作通信中，由于无线信道的广播特性，中继节点便可以侦听到源节点发送的数据包，并将其转发到目的节点，然后目的节点再分别将来自于源节点和中继节点发送的相同数据包进行合并处理，这样可以获得空间分集增益，从而有效地提高数据包的传输速率，提升网络性能。这是因为通过中继节点，转发数据包的协作通信信道质量比直传传输信道更好。因此，为了选取合适的中继节点，提升数据传输质量，近年来提出了大量的中继节点选取方法。

基于此，文献Cao B,Feng G,Li Y,et al.Cooperative media access control with optimal relay selection in error-prone wireless networks[J].Vehicular Technology Society,IEEE Transactions on,2012,63(1):252-265.针对传输出错导致重传而带来的MAC层开销问题，提出了一种基于最优中继节点选取算法的ORS-MAC(Optimal Relay Selection MAC)机制，从而降低传输出错概率，提供更多的协作机会。文献Guo T,Carrasco R.CRBAR:Cooperative relay-based auto rate MAC for multirate wireless networks[J].Wireless Communications,IEEE Transactions on,2009,8(12):5938-5947.提出了一种基于中继节点的自适应速率协作传输方法CRBAR(Cooperative Relay-based Auto Rate)。该方法的中继协作传输根据实际需要采用不同的中继策略：简单中继和协作中继，并由中继节点自身根据测量的瞬时信道状态信息来主动判断是否参与协作通信。该方法能够有效地提高吞吐量和协作成功概率，但其判断准则却非常的直接：通过中继节点若能够提高数据包传输速率则采取协作，否则直传传输。却没有考虑到当多条业务流选取同一个中继节点时，将导致的MAC层上业务流之间的额外竞争，而这样的竞争在传统的直传传输中并不存在。

上述两种方法仅仅考虑到采取协作通信对数据包传输速率的提升，而没有考虑到中继节点可能会带来的MAC层上的额外竞争，记为协作竞争(Cooperative Competition)。忽略协作竞争存在两方面的不利影响：(1)实际的网络性能难以达到预期。现有研究忽略了协作竞争，只是简单地认为只要提高数据包传输速率就可以获得更好的网络吞吐量，但实际上协作竞争可能使得网络吞吐量提升并不明显甚至降低。(2)采取的传输策略不是最优。现有研究仅仅考虑业务流是否需要协作，以及中继节点是否合适，而忽略了其他业务流的传输策略所导致的额外竞争对自己的影响。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，在多跳网络不同负荷时，本发明利用非合作博弈理论，考虑业务流之间采取不同传输策略的相互影响，提出了协作通信中一种基于纳什均衡的传输策略方法，综合考虑中继节点带来的数据包传输速率的提升和协作竞争所导致的传输时延的增加，从而选择合适的传输策略，该策略能够保证网络中各个业务流的收益都最大化，同时有效避免不必要的竞争。