基于合作博奔論的協(xié)作通信和結(jié)盟技術(shù)研究.pdf

1、隨著無(wú)線應(yīng)用范圍的日益擴(kuò)展，各種新型無(wú)線接入方式不斷出現(xiàn)，頻譜越發(fā)成為稀缺資源。通信需求的滿足依賴(lài)于傳輸資源的高效利用。在主從網(wǎng)絡(luò)共存的場(chǎng)景下，當(dāng)主用戶(hù)村杯杓要求很高時(shí)，次用戶(hù)的數(shù)據(jù)吞吐能力將明顯下降，以致無(wú)法滿足很多無(wú)線業(yè)務(wù)的通信要求，此時(shí)有必要通過(guò)次用戶(hù)間或主次用戶(hù)間的相互協(xié)作提高通信性能。因此將協(xié)作分集引入到認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的多用戶(hù)通信中，深入研究協(xié)作傳輸技術(shù)是當(dāng)前認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)熱點(diǎn)。在共享頻譜的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中需折衷考慮主次用戶(hù)個(gè)體、

2、不同次用戶(hù)之間和主次網(wǎng)絡(luò)整體利益，形成了用戶(hù)間和網(wǎng)絡(luò)間的各種博弈。因此博弈論作為一個(gè)優(yōu)化策略被廣泛應(yīng)用于研究杄杓杁和通信網(wǎng)絡(luò)資源分配與調(diào)度等問(wèn)題。以往無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中博弈論研究的主流為非合作博弈。然而，在未來(lái)基于協(xié)作的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線節(jié)點(diǎn)無(wú)法獨(dú)立行使尋路與轉(zhuǎn)發(fā)行為，這些任務(wù)必須通過(guò)合作完成，所以將無(wú)線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的行為建模為合作博弈應(yīng)該更為恰當(dāng)。全體用戶(hù)合作的博弈策略，在達(dá)到網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化的同時(shí)必然增加了網(wǎng)絡(luò)整體代價(jià)，非合作博弈理論僅考慮個(gè)體用戶(hù)的

3、效用也無(wú)法達(dá)到整體最優(yōu)，而合作博弈理論，尤其是目前國(guó)內(nèi)外在無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中研究極少的聯(lián)盟博弈兼顧了個(gè)體理性、聯(lián)盟理性與整體理性。但聯(lián)盟博弈理論在無(wú)線通信領(lǐng)域似乎還沒(méi)有引起足夠重視，相對(duì)于非合作博弈，這方面的已有研究成果所占比重還很小。本文正是基于這一背景開(kāi)展的研究。
　　本文的研究集中在協(xié)作頻譜共享背景下基于合作博弈論的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)作通信與結(jié)盟技術(shù)研究這一領(lǐng)域。在深入研究合作博弈、認(rèn)知無(wú)線電及多跳傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)具體問(wèn)題，構(gòu)建相

4、應(yīng)的基于合作博弈的頻譜共享模型，并基于模型著重研究協(xié)作共享動(dòng)態(tài)頻譜接入技術(shù)和基于認(rèn)知的協(xié)作通信機(jī)制與資源調(diào)度方案、主次網(wǎng)絡(luò)間的頻譜租賃與共享、無(wú)線多跳網(wǎng)絡(luò)協(xié)作激勵(lì)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合信號(hào)檢測(cè)與處理等關(guān)鍵技術(shù)，以提高無(wú)線頻譜利用率并增加通信系統(tǒng)的容量和質(zhì)量。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　?、裴槍?duì)認(rèn)知無(wú)線電頻譜共享問(wèn)題，在主用戶(hù)與多接入感知用戶(hù)共存的場(chǎng)景下，嘗試從策略與技術(shù)融合的角度，提出一種動(dòng)態(tài)頻譜接入的產(chǎn)權(quán)模型實(shí)現(xiàn)框架杻頻譜租賃分層模型，以尋求

5、頻譜效率的突破。該模型中感知用戶(hù)間競(jìng)爭(zhēng)接入時(shí)采用了分布式非對(duì)等機(jī)會(huì)功率控制；主從網(wǎng)絡(luò)之間的競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)作采用了序貫博弈。對(duì)模型的完全信息場(chǎng)景給出了逆向歸納法求解步驟，對(duì)不完全信息場(chǎng)景給出了可行的近似求解方案和非對(duì)等機(jī)會(huì)功率控制算法。理論分析與仿真結(jié)果顯示，該模型為主從網(wǎng)絡(luò)間的頻譜共享提供了一種靈活、有效的途徑。
　?、埔怨蚕眍l譜的無(wú)線系統(tǒng)為背景，基于聯(lián)盟博弈模型研究盲分組多用戶(hù)檢測(cè)性能與聯(lián)盟結(jié)構(gòu)的關(guān)系及最佳聯(lián)盟形成算法。首先從系統(tǒng)指標(biāo)

6、角度構(gòu)建了一種多用戶(hù)檢測(cè)可轉(zhuǎn)移支付統(tǒng)計(jì)博弈模型；然后從用戶(hù)偏好角度構(gòu)建了一種不可轉(zhuǎn)移支付模型，揭示了兩種模型的特征函數(shù)特性及節(jié)點(diǎn)聯(lián)盟收益與通信距離的關(guān)系；給出了最大化用戶(hù)平均吞吐量的多用戶(hù)檢測(cè)聯(lián)盟形成算法，并通過(guò)仿真驗(yàn)證了該算法的有效性。
　?、菂f(xié)作多跳通信可以極大地增加網(wǎng)絡(luò)吞吐量，而分組轉(zhuǎn)發(fā)卻可能對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)帶來(lái)能耗或機(jī)會(huì)損失。因此，多跳傳輸?shù)挠行?shí)現(xiàn)有賴(lài)于自私節(jié)點(diǎn)之間協(xié)作意愿的促成。已有研究大多采用貨幣或價(jià)格激勵(lì)方式。針對(duì)依賴(lài)于