[发明专利]一种基于Stackelberg博弈的无线终端通信策略选择与资源分配方法

说明书

本发明公开了一种基于Stackelberg博弈的无线终端通信策略选择与资源分配方法，基于Stackelberg博弈模型设计一个三方协作的资源分配方案。其中，基站能够为请求者确定其授权频段的初步划分以及确定所有参与通信协作的中继站的功率分配份额，而请求者和中继站则可在数据传输期间根据反馈的信息分别对初始分配带宽值和发射功率值进行动态调整。因而，能够进一步提高无线资源的利用率，且能显著改善源‑目的节点相距较远情况下的中继通信性能、降低网络整体能耗、提高系统接入容量，有利于优化无线资源配置并提升网络整体性能。

技术领域

本发明属于计算机网络应用和无线网络资源管理技术，特别涉及一种无线蜂窝网络环境下的基于Stackelberg博弈的无线终端通信策略选择与资源分配方法。

背景技术

随着大量无线多媒体应用的出现，无线终端的流量也在迅猛增长。诸如社交网的通告信息、智能交通网的流量信息发布、电子地图信息的更新、新闻推送等内容更新与分发应用，以及即拍即传等大容量视频文件的上传，导致无线终端需要处理和传输海量数据。

借助于多跳中继，传统蜂窝网能够改善覆盖区的通信质量和增加系统容量。伴随无线多媒体应用的出现，低功率的接入点，例如微微基站(pico base station)、毫微微基站(femto base stations)、中继站(relay)等，被引入到蜂窝系统来改善覆盖能力和提高系统容量。下一代蜂窝网络标准工作也在考虑接纳这种方案。多跳异构蜂窝网络也将成为未来无线网络的发展趋势。在这种网络中，无线终端既能通过单跳接入基站，也能通过预先部署的中继站以多跳的形式接入基站。

上述方案在带来益处的同时，也要求网络营运商投入巨资来部署和维护低功率基站和中继站。为了分担宏基站(macro base station)的流量，微微基站和毫微微基站通常通过独立的高速有线或无线链路连接到核心网络。因此，网络运营商需要投资建设和维护这些链路。由网络营运商部署的中继站需要有比较确切的位置信息的支持，以便于准确地部署这些中继站到实际需要的区域。这对网络营运商来说，该任务既十分关键又非常难以处理。

在一些户外场景(例如，大型体育运动会、大型商品交易会、大型节日庆典活动)，由于人流密度大，考虑选择密集人群中的合适无线终端来临时充当中继站的功能，不失为一种经济且有效的增加人群密集区域通信容量以及改善其边缘地带节点接入基站能力的方法。通信容量的提升来源于空间复用率的提高和单跳距离的减少。只要合理选择中继，可采用更小的发射功率来减少对邻近区域干扰以及减少能耗，同时，边缘地带节点接入基站能力可以做到不降反升。然而，这样的益处是消耗充当中继站功能的无线终端的有限资源为代价换来的。潜在的候选无线终端节点通常是自私的，因为它们可能分属于不同网络实体或运营组织，没有额外的激励机制，很难参与这样的通信协作。因此，足够诱人的货币激励或者其它任何形式的奖励机制的设立很有必要。

一种可行的选择是，发射源节点通过出让一部分自己的授权频段的使用权来激发其它无线终端节点在它们力所能及的范围内积极提供中继服务。出让的频段资源将在所有参与中继服务的无线终端之间，依据各自为提供中继服务而消耗的资源量进行分配。从发射源节点的角度看，该类节点在增加数据发送率的同时也提高了能量效率。原因在于，通过中继节点的帮助，发射源节点在适当减小发射功率的同时也能确保平均信噪比至少不下降，并能弥补出让部分频段的损失。从中继节点的角度看，该类节点能够免费使用发射源节点出让频段的某些份额来发射自己的数据，节省了网费开支，因而，存在参与通信协作的动机。从运营商的角度看，更多的节点，特别是蜂窝边缘地带的节点能高质量地将数据传输到基站，有利于提升基站的接入服务量、改善服务质量、增加营运收入，因而，存在为这种通信协作的建立提供帮助的动机。