专利名称：一种基于双向拍卖模型的最优中继选择方法
技术领域：
本发明涉及无线通信网络中的协作通信中继节点选择方法，特别涉及一种基于双向拍卖模型的最优中继选择方法。
背景技术：
无线通信是当今通信领域中最为活跃的研究热点之一，无线信道的衰落特性是阻碍信道容量增加和服务质量改善的主要原因。空间分集技术是抑制信道衰落的一种较为简单有效的方法，多入多出(MIMO:multiple-1nput multiple-output)技术大大提高了传输的可靠性，具有空间分集和空间复用的双重功能。而协作通信技术则是一种虚拟的MMO技术，能有效提高无线通信网络的传输速率和可靠性，并且扩大无线网路的传输距离和覆盖范围。在无线通信通信网中存在一些边缘用户，边缘用户与基站间的通信链路质量糟糕，甚至无法达到最低通信信噪比，即不存在直接通信链路。协作通信技术可以为他们解决通信困扰，但是由于作为 中继节点的用户受限于自身的资源(如剩余能量、发送功率等)，并不愿意为其他节点转发信息，而且即使是需要中继的源节点也希望用最小的花销来获取通信，这种自私的天性使得协作机制并不能有效地正常工作，从而导致用户损失，盲目地协作，使得网络性能退化。因此，协作通信中为边缘用户选择合适的中继节点并兼顾节点自私问题是一个迫切需要解决的问题。另外，如何才能使得系统整体开销最小情况下获得较高的系统容量，提高系统整体性能也显得尤为重要。目前，已有的研究主要是为节点提供相应报酬的激励策略来解决节点的自私性问题。拍卖模型可以有效地解决此问题并且可以为需要中继服务的源节点选择较合适的中继节点。鉴于协作通信的优越性，学术界和业界对此都非常关注。近些年来，致力于协作通信的中继安排算法的研究越来越多，其中不乏有基于拍卖理论的策略。中继服务在一个源节点和多个中继节点间的拍卖(参见文献:Beibei Wang, Zhu Han, and K.J.RayLiu, “Distributed Relay Selection and Power Control for Multiuser CooperativeCommunication Networks Using Stackelberg Game,，，IEEE Transactions on Mobile Computing, Vol.8，N0.7，pp.975-990，July 2009)也即是一种单向拍卖模式。该模式下没有考虑到在协作通信网中任一节点都可以作为源节点且源节点在选择中继时存在竞争，因此双向拍卖较适合协作通信机制。基于双向拍卖模型的中继选择策略有TASC(参见文献:Dejun Yang, X.F., and Guoliang Xue, “Truthful Auction for CooperativeCommunications, ” ACM MobiHoc2011, Paris, France, May2011)。其主要思想是利用节点间对中继服务的诚实报价和要价来进行拍卖活动。按源节点的报价由高到低排列，中继节点的要价由低到高排列，至此来完成中继安排，但是该方法要牺牲部分节点来保证诚实的拍卖机制，并且不能获得较好的系统能量效率。
发明内容
有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于双向拍卖模型的节点激励博弈策略的最优中继选择方法，该方法综合考虑节点自身状态与收益来确定定价函数，从而合理地激励节点间的合作，有效地降低系统与节点能量消耗，提高网络的系统性能，获得更高的系统容量。本发明的目的是这样实现的:本发明提供的一种基于双向拍卖模型的最优中继选择方法，包括以下步骤:S1:根据网络拓扑建立及时拍卖模型，拍卖者通知拍卖开始；其中，所述及时拍卖模型包括买家、卖家和拍卖者，所述买家为需要中继的边缘用户，所述卖家为提供中继服务的节点，所述拍卖者为基站；S2:买家根据以下公式提出报价函数，同时卖家根据以下公式提出要价函数^
权利要求
1.一种基于双向拍卖模型的最优中继选择方法，其特征在于:包括以下步骤: 51:根据网络拓扑建立及时拍卖模型,拍卖者通知拍卖开始； 其中，所述及时拍卖模型包括买家、卖家和拍卖者，所述买家为需要中继的边缘用户，所述卖家为提供中继服务的节点，所述拍卖者为基站；52:买家根据以下公式提出报价函数，同时卖家根据以下公式提出要价函数
2.根据权利要求1所述的基于双向拍卖模型的最优中继选择方法，其特征在于:所述步骤S4中的构建在双向拍卖模式下的完备权重预匹配二部图的权重值按以下公式进行:
3.根据权利要求1所述的基于双向拍卖模型的最优中继选择方法，其特征在于:所述步骤S8中的买家和卖家双方成交价格通过该以下公式来计算: P =、腕SwRtjn +AsK{mp), 其中，表示买方向卖方支付虚拟报酬。
4.根据权利要求1所述的基于双向拍卖模型的最优中继选择方法，其特征在于:所述步骤S2中买家提出报价函数，同时卖家提出要价函数都是通过对自身资源进行评估来确定的，所述自身资源包括剩余能量和发送功率。
5.根据权利要求1所述的基于双向拍卖模型的最优中继选择方法，其特征在于:所述步骤S5中的最大权重匹配算法是指基于完备权重预匹配二部图和边权值进行最大化总权值的匹配运算，具体包括以下步骤: 551:依据完备权重预匹配二部图构建权重矩阵，构成完全加权二部图G(V1J2);其中，G(V1, V2)表示含有顶点集合V1和V2的二部图W1表示源节点即买家的集合；V2表示中继节点即卖家的集合； 552:对所述完全加权二部图V2)执行匈牙利算法，并对可行顶标进行修改以找到权重值最大的匹配，最终得最大权重匹配关系。
6.根据权利要求5所述的基于双向拍卖模型的最优中继选择方法，其特征在于:所述权重矩阵为方阵，所述方阵中设置有虚拟节点，所述虚拟节点为源节点或中继节点，所述虚拟节点与其他 节点对应权重值为O。
7.根据权利要求5所述的基于双向拍卖模型的最优中继选择方法，其特征在于:所述可行顶标按以下公式进行:
8.根据权利要求5所述的基于双向拍卖模型的最优中继选择方法，其特征在于:所述步骤S5中顶标的修改方法按以下公式进行:
全文摘要
本发明公开了一种基于双向拍卖模型的最优中继选择方法，首先拍卖者通知拍卖开始，各节点根据自身资源情况确定各自的报价或要价，再根据实际情况定义买卖双方彼此间的能量效率函数，建立完备权重预匹配二部图；采用最大权重匹配算法获得节点间的最大能量效率匹配关系；最后根据实际关系删除虚拟配对关系，得到最终成功的交易。本发明采用双向拍卖模型来实现最优中继选择方法，该方法针对边缘用户的最优中继节点选择，获得较高能量效率、扩展通信范围。有效地降低系统与节点能量消耗，采用最大权重匹配算法辅助系统选取最优的能量效率匹配组合，删除虚配得到最终成交匹配关系。有效地降低单独用户乃至整个系统能量消耗，提高网络性能。
文档编号H04W48/20GK103220757SQ201310137980
公开日2013年7月24日 申请日期2013年4月19日 优先权日2013年4月19日
发明者刘期烈, 廖超, 李云, 曹傧, 王勇, 冯志宇, 廖薪棋 申请人:重庆邮电大学