无线异构网络基于非合作博弈的节点协作激励方法
【专利摘要】本发明提出了无线异构网络基于非合作博弈的节点协作激励方法，所述方法针对蜂窝ad-hoc异构融合网络中节点的自私性，建立了节点博弈的效用模型，综合博弈三要素：参与者、博弈策略和效用函数，提出了一种基于非合作博弈的节点协作激励机制；通过数学推导证明了该非合作博弈纳什均衡的存在性，能够获得优化模型的理论最优解。本发明产生的异构网络节点协作激励机制方式非常简单而易于实现，具有很好的应用前景。
【专利说明】无线异构网络基于非合作博弈的节点协作激励方法
【技术领域】
[0001]本发明属于无线通信【技术领域】，特别涉及无线异构网络基于非合作博弈的节点协作激励方法。
【背景技术】
[0002]近年来无线移动通信技术取得了长足的发展，无线异构网络(WirelessHeterogeneous Network)是由多种技术、多种网络、多种业务相互融合形成的集合体，WHN可以极大地提升单个网络的性能，在支持传统业务的同时也为引入新的服务创造了条件；而且可以为未来的移动通信系统提供更高的数据传输速率、更广的信号覆盖范围，并支持更高速率的移动性。其中，异构网络中节点之间的协作激励研究是一个极具挑战性的课题，受到越来越多的关注。
[0003]在典型的蜂窝和ad-hoc异构融合网络中，移动ad-hoc网络是由移动终端节点所自发形成的一个无固定基站的多跳的临时自治网络系统，该网络又称为多跳无线路由网络。利用ad-hoc网络就可以在任意时间地点组建一个移动通信网络，这样的网络可以运用在军事领域、应急通信和个人通信等方面。同时，无线ad-hoc网络中的节点可以作为邻居节点的中继，协作转发邻居节点数据副本，从而达到扩大通信覆盖范围，提高数据速率，降低误码率，降低通信中断概率等系统设计目标。通过移动ad-hoc网络这种自组织性和多跳中继能力，可以缓解蜂窝网络基站的瓶颈效应、平衡业务流量并提高网络的空间复用率，也相应的扩大了蜂窝网络的覆盖范围。但在无线ad-hoc网络中，每个自私节点都知道如频带、时隙等无线资源对于自身都非常重要，而协助邻居节点转发数据需要消耗这些资源的，所以通常情况下，这些自私节点只希望利用资源为己谋利，如降低自身误码率等，而不愿主动贡献资源区参与中继转发。所以为了使无线网络中的自私节点能主动参与协作中继以提高系统整体性能，必须提供一种“激励机制”，使得所有自私节点在这种激励机制下都感觉有利可图，愿意主动参与协作中继，从而客观上提高了网络整体性能。因此，提出了一种蜂窝ad-hoc异构网络中基于非合作博弈的节点协作激励机制。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是为了克服现有技术的不足，特别针对异构网络中继协作激励问题，提出了无线异构网络基于非合作博弈的节点协作激励方法。本发明方法针对蜂窝ad-hoc异构融合网络中节点的自私性，建立了节点博弈的效用模型，综合博弈三要素:参与者、博弈策略和效用函数，提出了一种基于非合作博弈的节点协作激励机制。
[0005]本发明为解决上述技术问题，采用如下技术方案:
[0006]无线异构网络基于非合作博弈的节点协作激励方法，所述方法将无线异构网络中的节点分为源节点S、目的节点D和中继节点；
[0007]其具体步骤如下:
[0008]步骤A，源节点S的策略空间是以最小的代价获得最大的收益，将信噪比增益作为源节点的收益，将支付给中继节点的补偿作为代价，源节点S考虑节点收益和代价，进而选择传输路径；则源节点S的最优化问题描述为:
[0009]maxUs=a X Δ gamma -pr± Xpi
[0010]s.t.Δ Y = Y SiD- V so
[0011]Y Si=Pshsi/ σ 2
[0012]Y SD-Pshso/ 0
[0013]Y iD=PihiD/ σ 2
[0014]Y siD- Y SD+ Y Si Y id/ (1+ Y Si+ Y iD)
[0015]0 ^ Pi ^ pm
[0016]0 ^ ps ^ pm
[0017]其中，
[0018]Us表示源节点的收益；
[0019]Δ y表示中继节点进行协作转发传输分组获得的信噪比增益；
[0020]ySi表示源节点到中继节点的信噪比；
[0021]噶妈妈吗 SD表示源节点到目的节点进行直接传输的信噪比；
[0022]y SiD表示通过中继转发协作传输所获得的信噪比；
[0023]hSi为源节点S到中继节点i间的信道增益；
[0024]hSD为源节点S到目的节点D的信道增益；
[0025]hiD为中继节点i到目的节点D的信道增益；
[0026]Pi, Ps分别表示中继节点i和源节点S的发射功率,Pni表示任意节点的发射功率最大值，系数a代表信噪比增益系数，a值越大，表明源节点S获得信噪比增益越大，pr,表示中继节点i提供的单位功率价格；
[0027]σ 2表示加性高斯白噪声信道的方差；
[0028]步骤B，中继节点愿意转发源节点的分组会消耗自身的能量、资源，将中继节点的功率作为用于转发分组的资源，中继节点的目标是得到最大的源节点支付的转发补偿；则中继节点的最优化问题描述为:
[0029]max Uri=PriP^-CiPi*
[0030]s.t.PriX)
[0031]
【权利要求】
1.无线异构网络基于非合作博弈的节点协作激励方法，其特征在于，所述无线异构网络中的节点分为源节点S、目的节点D和中继节点；所述方法具体步骤如下: 步骤A，源节点S的策略空间是以最小的代价获得最大的收益，将信噪比增益作为源节点的收益，将支付给中继节点的补偿作为代价，源节点S考虑节点收益和代价，进而选择传输路径；则源节点S的最优化问题描述为:
【文档编号】H04W16/26GK103916912SQ201410114116
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月25日 优先权日:2014年3月25日
【发明者】张晖, 张莹辉, 杨龙祥, 朱洪波 申请人:南京邮电大学