专利名称：分布式自组网中基于合作博弈的多业务协作多址接入方法
技术领域：
本发明涉及的是分布式自组网中一种基于合作博弈的多业务协作多址接入方法。 具体是在分布式自组网中，利用合作博弈中的讨价还价博弈设计可以解决公平性问题和自私节点问题的多业务多址接入方法。
背景技术：
随着无线网络的发展，对多业务的需求逐渐增加，针对不同的业务类型需要提供不同的优先级，比如视频、语音业务的优先级就要高于数据业务的优先级，也就是网络需要提供服务质量(Quality of Service, QoQ 保障。IEEE 802. IleEDCA(Enhance Enhanced Distributed Channel Access)协议就是可以提供QoS保障的媒体接入控制(Media Access Control, MAC)协议，在EDCA协议中，网络根据不同的业务类型提供不同的QoS保障，高优先级(High Priority, HP)业务接入信道的概率高于低优先级(Low Priority, LP)业务， 从而保证高优先级业务将比低优先级的业务享有更高的吞吐量和更少的延迟。但是，IEEE 802. IleEDCA协议中的QoS保障机制也带来了两个相关的问题，首先，在这种机制下，经常会出现低优先级节点被高优先级节点饿死的情况，从低优先级节点角度出发这是及其低效而且缺乏公平性的。其次，这种机制会带来自私节点的问题，自私节点以最大化自身性能为目的，它们为了获得更高的性能，有可能将自身低优先级业务类型归为高优先级业务类型， 这样不但损害了网络的整体性能，也破坏了 QoS保障机制。目前，已有一些学者对多业务多址接入机制中出现的公平性问题和自私节点问题进行了研究。例如，Thomas Nilsson 等人在"ANovel MAC Scheme for Solving the QoS Parameter Adjustment Problem in IEEE 802.lie EDCA. in Proc. of IEEEffoWMoM, June. 2008，” 一文中提出了 a_EDCA和i_EDCA两种改进型协议。a_EDCA协议根据动态的信道状态，通过自适应的改变最小退避窗口等优先级参数来提高网络的性能。i-EDCA协议中采用了一种新的退避算法，使得退避次数和退避窗口的大小独立于节点冲突的次数，从而提高了公平性，也避免了低优先级节点被高优先级节点饿死的情况。但是，该文献只考虑了公平性问题，对可能出现的自私节点问题未加以考虑。博弈论为解决自私节点问题提供了很好的数学工具，博弈论主要为无线通信系统中“自私”的参与者之间具有利益冲突和竞争时的分布式资源分配问题提供了一种新的解决思路，通过设计不同的效用函数和代价机制，并对其进行最优化求解使得每个用户“自动”地达到系统所期望的性能，此时也就达到了一种相对稳定的平衡态，即“纳什均衡”。例如，Nuggehalli. P等人在“Evaluating a QoS-supportive MAC layer protocol for WLANs. in Proc. of IEEE MILC0M, 2008. ”一文中，利用博弈论提出了一种有效解决自私节点问题的时隙Aloha协议。但是，该协议只能适用于TDMA机制下的集中控制网络，在分布式自组网中无法应用。因此，针对分布式自组网， 利用博弈论，根据不同优先级业务节点之间相互作用的关系设计合适的算法来解决传统多业务多址接入机制中的公平性问题和自私节点问题是一个值得考虑的问题，这样的研究及方法未有出现过。
发明内容
本发明针对多业务多址接入机制中的公平性问题和自私节点问题，基于合作博弈提出了一种适用于分布式自组网的多业务自适应协作多址接入方法。该发明利用合作博弈中的讨价还价机制，让不同优先级业务的节点通过协作谈判自适应的决定一个最佳的传输方案，在保证网络整体性能最大的基础上，满足不同优先级业务节点的要求，避免了公平性问题和自私节点问题。除此以外，和IEEE802. lie EDCA协议相比，本发明方法拥有更高的归一化吞吐量性能。也就是说和传统多业务多址接入方法相比，本发明不但解决了公平性问题和避免了自私节点问题，而且在单位时间内传输有效负载的效率更高。本发明是通过以下技术方案实现的一种分布式自组网中基于合作博弈的多业务协作多址接入方法步骤1利用合作博弈划分非竞争时期和竞争时期步骤1.1建立效用函数以分布式自组网中归一化的吞吐量为效用函数，所述归一化的吞吐量为单位时间内传输的有效负载量，由此得到HP节点的效用函数Uh( α )
OTUh{a) = sh=—nh{\-a)Th{\-Th “1 (1 - τ,)"'LP节点的效用函数UJ α)U,(a) = S1 =^nl [(1 - α)τ, (1 - τ,)"'+-]
Tη,其中，HP节点为高优先级节点，LP节点为低优先级节点，S1和&分别代表LP节点和HP节点的归一化吞吐量，L表示有效负载的字节数，H1和nh分别代表LP节点和HP节点的个数，TiwTh分别表示LP节点和HP节点在竞争传输中发送分组的概率，T是完成一次竞争传输和非竞争传输周期的平均时间，α = 1/Μ+1，且α < 1，Μ为一个传输周期内连续竞争传输的次数，即在连续M次竞争传输后进行一次非竞争传输；步骤1. 2利用效用函数计算纳什讨价还价解α ^(η)步骤1. 2. 1设立不一致同意配置集为(Vl，vh)，其中，V1和Vh分别表示谈判破裂时
LP节点和HP节点的吞吐量，所述的不一致同意配置集为(Vl，Vh)为 8Z/V1 =y IrlTh(I-Th)"-1
8Z/vh=ynhTh(l-Thrl其中，η为网络中的总节点数，η = ni+nh ；步骤1. 2. 2计算满足“啤,n^dhXn)条件的α值，其中，s为谈判不破裂的情况下可达到的网络吞吐量的最大值，F为可行配置集；定义A, B 为A = 1- τ h B = 1- τ 工通过数学求解，可以得到纳什讨价还价解CInbs(II)为
权利要求
1.分布式自组网中一种基于合作博弈的多业务协作多址接入方法，其特征在于 步骤1利用合作博弈划分非竞争时期和竞争时期步骤1.1建立效用函数以分布式自组网中归一化的吞吐量为效用函数，所述归一化的吞吐量为单位时间内传输的有效负载量，由此得到 HP节点的效用函数Uh(Ci)
全文摘要
分布式自组网中基于合作博弈的多业务协作多址接入方法。通过计算合作博弈中的纳什讨价还价解，让不同优先级业务的节点通过协作谈判自适应的将信道划分为竞争时期和非竞争时期，在保证网络整体性能最大的基础上，满足不同优先级业务节点的要求；在竞争时期内，高优先级节点和低优先级节点一起竞争信道，高优先级节点享有更高的接入优先级；在非竞争时期，高优先级节点不参与竞争，从低优先级节点中选出一个无冲突的直接发送数据分组。
文档编号H04W48/16GK102209368SQ20111016277
公开日2011年10月5日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者李楠, 杨炜伟, 蔡跃明 申请人:东南大学, 中国人民解放军理工大学