[发明专利]一种基于供需平衡的车联网认知频谱分配方法

权利要求书

1.一种基于供需平衡的车联网认知频谱分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立车联网认知频谱分配过程中的系统模型；

定义数据传输速率的效用函数π(B)为车联网认知频谱分配过程中的系统模型，表示为公式(2)：

π(B)＝x ln(y*B)+z (2)

其中：x，y，z为常数，x＝y＝1，z＝0，B表示各类数据的传输速率，假设认知车辆用户在传输数据时，对频谱的使用率为1(bit·s^-1/Hz)，则传输速率B与频谱带宽在数值上是相等的，因此公式(2)可表示如下：

π(B)＝ln(B) (3)

假设系统中的频谱授权用户拥有的频谱带宽为U，频谱授权用户与认知车辆用户可进行共享频谱数量为ω，授权用户自身活动次数为P_t表示相识度t等级下的认知用户购买频谱的价格，频谱授权用户的频谱收益函数表示如下：

为了使授权用户的收益最大化，对公式(4)求导，令可得授权用户的频谱供给函数为：

步骤2：定义社会关系，根据社会关系相识度和服务质量QoS需求两个因子确定车辆用户所获频谱数；

步骤2.1、根据社会关系进行第一次频谱分配，通过频谱授权用户与认知车辆用户之间社会关系的不同，确定优先获得频谱的认知车辆用户与获得的频谱数量：

频谱授权用户根据控制信道获取各个认知用户的相识度S(a，R_i)，划分等级α_t，其中t＝{1，2，…s}，α₁表示最高熟识度，α_s表示最低熟识度，引入约束因子γ对频谱出售价格进行约束，保证交易双方都能获得最大化收益，授权用户与认知用户的频谱分配表示为如下公式(6)：

式中：ω_t表示相识度为t等级的认知用户获取的频谱数；P_t表示相识度t等级下的认知用户购买频谱的价格；

步骤2.2，根据QoS优先级进行二次频谱分配，频谱授权用户首先通过相识度因子来确定优先获得频谱的认知车辆用户，当同一相识度等级下存在多个认知用户时，则根据各认知用户间所传输的业务类别进行频谱分配：

处于同一相识度t下的认知用户数目为ρ，σ_j为获得的频谱总数，则单个认知车辆用户可得到的频谱数量为σ_j/ρ，其中j满足以下条件：

在频谱资源受限的情况下，根据定义的传输业务类型的QoS需求所定义的优先级对同一相识度下的认知车辆用户进行频谱分配：

携带安全业务类型等级高的认知车辆用户优先获得频谱，其次是携带非安全实时业务类型的认知车辆用户获得频谱，最后是携带非安全非实时类业务类型的认知车辆用户获得频谱；若处于第1优先级的安全业务类型的用户个数为θ₁，依次类推第2优先级，第j优先级的认知用户个数，表示如下：

令θ₁＝a′，σ₁＝b，联立公式(7)和公式(8)，可得：

式中，b为传输业务为第j((j＝1，2，3，...，j))优先级的认知用户所分配到的频谱数，对公式(9)求解可得：

其中：C为欧拉常数，C＝0.577215

认知车辆用户的收益函数表示为如下公式(11)：

式中：表示为认知车辆用户传输信息所获得的收益；P_iω_t表示为认知车辆用户购买频谱的费用，其中ω_t表示相识度为t等级的认知用户获取的频谱数，P_i表示相识度为t等级的认知用户购买频谱的价格；

对公式(11)求导，即令ρ为认知用户数目，可得认知车辆用户的频谱需求函数为：

ω_D＝ρ/P_i (12)；

步骤3：根据供需平衡关系确定频谱价格，频谱授权用户和认知用户根据确定的频谱价格进行买卖交易，完成频谱分配；

由供需平衡理论可知，供需平衡时的价格可以使交易双方获得最大收益，即频谱授权用户的供给函数与认知车辆用户的需求函数相交，即频谱授权用户的供给函数ω_s＝ω_D时，频谱交易价格为：

其中，为授权用户自身通信活动次数，U表示授权用户拥有的频谱带宽，ρ为认知用户数目。