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_2

文档序号:9420908阅读:来源:国知局
;否则,若发现发射自己数据的链路帖成功率至 少减少10%而中继源节点数据的链路帖成功率几乎不变,则将减少e而将增加 e,然后将更新后的仍4,,,.和广播到同一中继路径上其它所有中继节点
[0044] 步骤10:若接收到来自同一中继路径上其它中继节点的更新后的发射功率对, 则更新自身发射功率对,并保存在(ft:,,.,/右。)中,然后执行步骤11 ;否则,直接执行步骤 12 ;
[0045] 步骤11 :若更新前后的功率之差大于预设的很小正值5,即I-货;,|5>这或 |凌。-冷,柯,,则将更新后的值作为当前值,即巧L,.=K,,和咸。=诚,,并将运些当前 值广播到同一中继路径上其它所有中继节点;
[004引 步骤12:返回步骤1。
[0047] 所述的一种基于Stacke化erg博弈的无线终端通信策略选择与资源分配方法,所 述的步骤=中,基站构建初步中继路径的步骤包括:
[0048] 步骤1:构建初步中继路径,通过基站信息、候选中继节点的信息集和源节点的信 息,计算源节点与基站间的距离kd、交叉距离cUwver,根据kd和duMwver来估算中继路径 上的链路数目Nfi、中继路径上平均链路长度L。、,根据Nfi求得虚拟中继点的数目Nm,然后分 别计算中继路径上所有虚拟中继点的坐标,并为所有虚拟中继点从候选中继节点找出相应 的合适的中继节点,最后根据所有合适中继节点的信息构建并返回初步中继路径,所述的 合适的中继节点具体是指,愿意替代某个虚拟中继点的所有候选中继节点中,距离该虚拟 中继点最近的候选中继节点;
[0049] 步骤2 :初始化初步中继路径上所有中继节点的发送及转发功率,针对中继路径 上每个中继节点与基站之间的距离计算初始效用值并划分功率,初始化集合FLAG的值为 包含中继路径上所有中继节点,并根据效用值来确定最终的优化功率划分;
[0050] 步骤3 :根据步骤二得到的每个中继节点的功率划分,计算每个中继节点转发源 节点数据包的速率,根据源节点与基站之间的距离kd,计算源节点的向基站发送数据的功 率,并计算源节点向基站发送数据的速率,最后分别保存源节点要求中继节点用于转发源 节点数据的频段份额的上、下限,W及取中继节点期望的速率下限时所有可利用的中继节 点P值中的最小值,P表示频段B中被中继节点使用来转发源节点数据包的份额。
[0051] 所述的一种基于Stacke化erg博弈的无线终端通信策略选择与资源分配方法,所 述的步骤1的具体执行过程包括,
[0052]步骤I):使用公式4,,/=^/(? -.?)2 +的-知2计算源节点与基站之间的距离Ls,d。 其中,(Xs,ys)和(Xd,y<i)分别表示源节点和基站的坐标;
[005引步骤2):使用公式
-计算文献山中定义的交叉距离cUswver。其 中,ht和hf分别是发射天线和接收天线离地面的高度、A是载波信号的波长、L是与传播无 关的系统损耗因子;
[0054]步骤3):使用公式
估算中继路径上的链路数目也,其中,符号「1的 含义是取不大子
的最大整数;
[005引步骤4):使用公式餐。估算中继路径上平均链路长度Lw;
[005引步骤W:使用公式Nm=Nfi-I得到虚拟中继点的数目Nm,虚拟中继点表示从中继 节点间隔距离均衡的角度考虑,中继路径上中继节点的理想位置;
[0057]步骤6):使用公式
别计算中继路径上所有虚拟中继点的X坐标和y坐标,其中,i表示第i个虚拟中继点;[005引步骤7):针对每个虚拟中继点,反复执行步骤8~14为其找出合适的中继节点, 若所有虚拟中继点遍历完,则继续执行步骤15;
[0059] 步骤8):从候选中继节点的信息集中至多选择3个最接近当前处理的虚拟中继点 的候选节点;
[0060] 步骤9):将候选者的身份标识和它们的坐标值W及源节点出让的授权频段的使 用条件等信息通告给运些候选者;
[0061]步骤10):将定时器11的值设置为一个预设值T,并启动该定时器;
[0062] 步骤11):若定时器未过期,反复执行步骤12,否则跳过该步骤;
[0063] 步骤12):若收到来自候选者的关于频段使用条件的确认,则选择一个步骤8中选 择的候选者之一,即离虚拟中继点最近的候选节点作为中继;
[0064] 步骤13):若在定时器间隔内未收到任何候选者的反馈,则放宽频段的使用条件, 并重新通告给同样的候选者;
[006引步骤14):返回执行步骤10;
[006引步骤15):根据候选者返回的信息,构建并返回初步中继路径。
[0067] 所述的一种基于Stacke化erg博弈的无线终端通信策略选择与资源分配方法,所 述的优化功率划分的具体执行过程包括,
[006引步骤1):初始化中继路径上每个中继节点的发送自己数据包功率Pi,"和转发源节 点数据包的功率的值分别为其最大发射功率的一半;
[0069]步骤2):针对中继路径上每个中继节点,执行步骤3为其计算初始效用值,若所有 中继节点遍历完,则继续执行步骤4;
[0070]步骤如:若第i个中继节点与基站之间的距离聲:如小于交叉距离。胃,则根据[007 ^
(1)
[0072] 计算效用值,并保存在变量%中;否则根据
[0073]
投)
[0074] 计算效用值,并保存在变量中;其中,%^表示中继路径上第i个中继节点的效 用值,Pws和PWf分别表示第i个中继节点用于中继数据包的功率和用于发送自己数据 包的功率、B表示发射源节点申请的授权频段、0表示频段B中被中继节点使用来转发 源节点数据包的份额、rib.表示基站周围的环境噪声功率、Gt和Gf分别是发射天线和接收 天线的增益、表示第i个中继节点与基站之间的距离、参数A表示初步中继路径上除 第i个中继节点外的其它所有中继节点用于转发源节点数据包的功率之和,计算公式为 ^ = 表示源节点S发射1比特数据到初步中继路径上第1个中继节点的 能耗,计算公式为么6,,。二巧,其中,屯,表示源节点与第1个中继节点之间 的距离、a&,n表示源节点与第1个中继节点之间的路径损耗指数、表示发射器电子元器 件能耗、《2表示无线放大器能耗;
[0075] 步骤4):针对中继路径上每个中继节点,执行步骤5为其划分功率;若所有中继节 点遍历完,则继续执行步骤6 ;
[007引步骤W:若第i个中继节点与基站之间的距离,6*小于交叉距离。胃,则调用函数。/(./? _厂? ,7?化Aj…、,巧,解
[0077]
[007引来求得Pi,"的值、通过关系式巧:興-A"获得Pi,"的值、并将使用公式(1)计 算的效用值保存在变量W;;中;否则,调用函数.凸/('/?_巧//?(0,/),..,。,、苗),解
[0079]
[0080] 来获得Piifg的值,并将使用公式(2)计算的效用值保存在变量《;;中;
[0081] 步骤6):初始化集合FLAG的值为包含中继路径上所有中继节点;
[008引步骤7):若集合FLAG非空,则反复执行步骤8~9 ;否则执行步骤10 ;
[0083] 步骤8):针对集合FLAG中的每个中继节点,执行步骤9来为其确定最终的优化功 率划分;
[0084] 步骤9):若< 不大于,则将中继节点i从集合FLAG中删除;否则用中的值 替换^中的值,再调用函数岛/'('/?_凡州典爲来更新Pi,u,计算新的效用值,并保存在 中;
[0085] 步骤10):针对中继路径上每个中继节点,将其当前功率划分作为最终的优化功 率划分,即苗,=巧胖:,^巧=巧,议。
[0086] 所述的一种基于Stacke化erg博弈的无线终端通信策略选择与资源分配方法,所 述的步骤3的具体执行过程包括,
[0087] 步骤1):根据
[0088]
[0089] 计算中继路径上每个中继节点转发源节点数据包的速率,并将具有最小速率的中 继节点的编号保存在变量k中;
[0090] 步骤。:若源节点与基站之间距离屯,d小于交叉距离即d。"_胃,则根据
[0091]
[0092]计算源节点直接向基站发送数据的最优功率,W及根据
[0093]
[0094] 计算源节点直接向基站发送数据的速率C,^ (只心);否则,分别根据
[0095]
[0096]
[0097] 分别进行计算;其中,,K!,表示源节点向中继路径上第1个中继节点发射时采用 的被优化的发射功率、(知4。)表示当/<,被采用时,源节点向中继路径上第1个中继节 点发射数据的速率、心/1表示当源节点向中继路径上第1个中继节点发射时,该中继节点周 围的环境噪声功率、P:.:,表示源节点向基站发射时采用的被优化的发射功率、C,,,(i,G)表 示当被采用时,源节点向基站发射数据的速率、屯,d表示源节点与基站之间的距离、IUd 表示当源节点向基站发射时,该基站周围的环境噪声功率、C,..,,(/Cj表示中继节点转发源 节点数据包的速率、表示中继节点发送自己数据包的速率、4趣表示第i个中继 节点与基站之间的距离、表示第i个中继节点与其在中继路径上的下一跳节点之间的 距离;
[009引步骤扣:第k个中继节点的发送速率%)可W表示为
[0099]
[0100]右边的表达项,其中包含参数0,若让该表达项等于源节点直接向基站发送数据 的速率),则可解得0的值,该0值是源节点要求中继节点用于转发源节点数据 的频段份额的下限,被保存在变量Pm。?中W备后用;
[010。 步骤4):根据
[0102]
[0103] 计算源节点向中继路径上第1个中继节点即与源节点相邻的中继节点,发送数据 的优化发射功,并根据
[0104]
[0105] 计算相应的数据发送速率(片1.;;1);
[010引步骤f5):第k个中继节点的发送速率吃(如;;y)可W表示为
[0107]
[010引右边的表达项,其中包含参数0,若让该表达项等于源节点向中继路径上第1个 中继节点发送数据的速率(;<,.,),则可解得0的值;
[0109] 步骤6):若该0值大于1,则取数值1,否则取该0值,作为源节点要求中继节点 用于转发源节点数据的频段份额的上限,被保存在变量P 中W备后用;
[0110] 步骤7):针对中继路径上的每个中继节点,若其与基站的距离例如于交叉 距离cUswvM,则其直接向基站发送数据的速率^,. )可W表示为
[0111]
[0112] 右边的表达项;否则,可表示为
[011 引
[0114] 右边的表达项,若让该表达项等于该中继节点期望的速率下限,则可解得0的 值。将所有求解的中继节点P值中的最小值保存在变量中W备后用 [011引步骤8):从源节点角度考虑,参数0值的取值范围为[Pgd。?,e.up],而从中继节 点角度考虑,参数P值的取值范围为化因此,该算法最终的输出结果应取两者的 交集,即[Pd。?,0叩]=[Ps-d。?,Ps-Jn(0, 0r_J。
[0116] 本发明的有益效果具体体现在W下几个方面:
[0117] 1)本发明能够显著改善源-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。
[0118] 2)本发明能够在基站的协助下确定请求者(即发送源)的通信策略(例如,直接 传输模式、协作中继模式、多跳中继模式),并能根据无线网络环境的变化进行动态调整。因 而,有利于优化无线资源配置并提升网络整体性能。
[0119] 3)本发明能够为多跳中继模式下的数据传输构建合适的中继路径而无需知道具 体的CSI值,且路径构建的开销能够在基站、请求者、相关的中继站之间进行合理分担。因 而,降低了对无线终端参与通信协作的口槛和每个参与者的协作开销。
[0120] 4)本发明基于Stacke化erg博弈模型设计一个S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W及确定所有参与通信协作的中继站的功 率分配份额,而请
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