基于拍賣機制的認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)頻譜資源管理.pdf

1、頻譜感知、頻譜決策、頻譜共享和頻譜搬移是認(rèn)知無線電技術(shù)的四個基本功能，其中頻譜決策和頻譜共享也被統(tǒng)稱為頻譜管理。次級用戶首先利用頻譜感知挖掘可用頻譜資源，再利用頻譜管理合理分配頻譜資源，最后利用頻譜搬移避免對初級用戶的傳輸產(chǎn)生有害影響。然而，認(rèn)知無線電技術(shù)在實際部署過程中面臨著如何才能激勵初級用戶開放授權(quán)頻段的使用和如何在次級用戶之間合理分配頻譜資源來提升頻譜利用效率這兩點主要的挑戰(zhàn)，第一點被稱為激勵問題，第二點被稱為分配問題。為了解決

2、上述問題，研究人員將微觀經(jīng)濟學(xué)中拍賣機制的概念和模型引入到認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源管理研究中，讓次級用戶有償使用初級用戶的授權(quán)頻段，從而進一步提升認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)的性能和實用性。已有的拍賣研究對頻譜資源的假設(shè)往往較為簡單，并沒有充分考慮用戶在頻譜資源供需上的差異性。此外，如何在非集中式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實現(xiàn)頻譜資源分配，以及如何在分配過程中兼顧多種頻譜資源，也是基于拍賣機制的頻譜資源管理研究領(lǐng)域中的重點問題。本文針對上述內(nèi)容，對認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中基

3、于拍賣機制的頻譜資源管理技術(shù)進行了深入詳細的研究，主要內(nèi)容包括:
　　1.研究了針對多屬性信道的組合拍賣算法。認(rèn)識到已有拍賣研究對頻譜資源同質(zhì)性的假設(shè)無法充分體現(xiàn)買賣雙方在頻譜資源供給/需求上的多樣性，本文提出了利用屬性值來體現(xiàn)頻譜資源差異性的組合拍賣算法，具體而言:
　　1)利用“帶寬、起始時間、結(jié)束時間”三個屬性來描述單個信道，充分體現(xiàn)出初級用戶/次級用戶在頻譜供給/頻譜需求上的差異性;
　　2）基于Sigmoid

4、函數(shù)，構(gòu)建基于信道屬性值的估值函數(shù)，用來估算次級用戶對具有特定屬性的信道的偏好;
　　3）允許次級用戶投標(biāo)包含多個信道的信道組合，設(shè)計了針對單信道-單次級用戶場景下的組合拍賣算法，并證明拍賣算法實現(xiàn)了個人理性、預(yù)算均衡、買家用戶誠實性和賣家用戶弱誠實性;
　　4）將拍賣算法擴展到單信道-多次級用戶場景中，允許多個時-頻域需求不重疊的次級用戶共享同一個信道或信道組合，設(shè)計了針對該場景的多輪組合拍賣機制，并實現(xiàn)了相同的經(jīng)濟學(xué)性質(zhì)

5、。
　　2.研究了分布式認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)中的帶寬分配算法?？紤]到實際環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)更偏向于分布式結(jié)構(gòu)，而優(yōu)化問題的復(fù)雜性又使得部署或?qū)ふ液线m的中心節(jié)點來執(zhí)行集中式拍賣算法變得十分困難，本文提出了一種針對分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的帶寬拍賣機制，具體而言:
　　1）針對分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特性，將整個認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個以單個初級用戶為中心的次級網(wǎng)絡(luò);
　　2）每個次級網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，初級用戶通過不斷調(diào)節(jié)單位帶寬價格來控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的帶寬供需，并最

6、終達到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)帶寬資源的供需平衡;
　　3）證明了當(dāng)價格調(diào)節(jié)因子足夠小時，所有次級網(wǎng)絡(luò)最終均能達到供需平衡，并且完成帶寬資源的最優(yōu)分配;
　　4）將算法擴展到考慮用戶QoS需求的場景，提升了算法的應(yīng)用性。用戶的QoS需求主要體現(xiàn)為帶寬供給量/帶寬需求量的限制。
　　3.研究了信道-功率聯(lián)合資源分配算法。考慮到傳統(tǒng)的頻譜拍賣只研究了針對信道或者功率的單一資源分配，而次級用戶往往同時對兩種資源都有要求，本文提出了在分配過程中

7、兼顧傳輸信道和傳輸功率的聯(lián)合資源拍賣算法，具體而言:
　　1）當(dāng)不考慮對初級用戶的干擾時，將聯(lián)合資源分配視為單邊拍賣問題，并在模型中考慮了完全和不完全兩種次級用戶的需求類型;
　　2）設(shè)計了針對無初級用戶干擾場景的拍賣算法，并證明拍賣算法實現(xiàn)了個人理性、預(yù)算均衡和用戶誠實性;
　　3）將算法擴展到初級用戶干擾受限的場景，此時聯(lián)合資源分配被視為雙邊拍賣問題，并考慮了次級用戶單信道和多信道兩種需求類型;
　　4）分別