，消除了可扩展性和鲁棒性方面的顾虑；利用无线频谱的空间可重用性，提高了资源 的使用效率；设计具有防操纵性的分配机制，大大减少了节点为了做出最优决策所需的行 为空间探索开销，避免了操纵行为对真实参与动态分配的节点的效用的损害，具有良好的 激励性质；局部区别对待优先邻居节点与反馈邻居节点，减少了动态分配过程中的计算开 销与通信开销，采用必要消息融合技术，缓解了通信冲突，具有良好的现实可行性。
【附图说明】
[0036] 图1为本发明模块示意图。
[0037] 图2为参与分布式频谱动态分配的节点在实际网络的冲突情况示意图和抽象冲 突图。
[0038] 图3为实施例中四个节点竞争两条信道时关于信道选择与租用费用计算过程的 消息流的示意图。
[0039] 图4为不同机制的总体资源分配效用的示意图。
[0040] 图5为节点的通信开销的累积分布图。
【具体实施方式】
[0041] 下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行 实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施 例。 实施例1
[0042] 本实施例包括以下步骤：
[0043] 步骤1、收集信道需求信息。
[0044] N个需要信道的无线节点，A = {ai,a2an}，/l:竞争与合作共存的情形下，决定如 何动态按需分配m个同质正交的无线信道，C = (?,?,...,?}。根据信噪比冲突图，各节点分 别向邻居节点广播对信道的估价与需求数，MSGBi=<BID，i，bi，屯>，并收集邻居节点 e %的消息，得到局部信息集。通过对估价信息的排序，将邻居节点划分到两个集合中：
[0045] 1. 1、优先邻居节点集：_i = Alaj > ai>aj €叫}，此类邻居节点的估价高于本节点， 或与本节点相同但拥有更小的身份序列，在后续的信道选择过程中将优先于本节点选择信 道；
[0046] 1. 2、反馈邻居节点集：= (ajlai > aj<aj e叫}，此类邻居节点的估价低于本节 点，或与本节点相同但拥有更大的身份序列，在后续的信道选择过程中将对本节点的选择 做出反馈。
[0047] 在本实例中，当两个节点同时通信时的信噪比低于阈值时，认为它们之间存在冲 突关系，在网络拓扑图中用一条无向边表示，如图2所示。图2中， &1与a3、a4冲突，而与a2 无冲突，因此，根据信道的空间可重用性，％与a 2可在同一时间使用同一信道。
[0048] 步骤2、选择可用信道与计算租用费用反馈信息。
[0049] 由于引入频谱空间可重用性后的频谱分配状态的优化目标在多项式时间内不可 解，因此本发明选用贪心算法，将可用信道优先分配给真实估价更高的节点，即按照估价 高低依次分配，具体为：根据步骤1所确定的局部节点优先级关系，各节点依次收集优先 邻居节点的信道选择结果消息，在自身的可用信道集:AQ中标记并剔除已经被选的信道， Aq-避免冲突。在筛选过后的可用信道集中选择自身所需的信道，C〖eACi，生成 信道选择结果消息，MSGci =< cm乂>。
[0050] 根据上述信道选择，所得到的结果分为：
[0051] 2. 1、获得信道：-FirstCACi,中)，当可用信道集中可用信道数不少于信道需求数 时，即IAC iI 2 (Ii，节点从中按序选择前Cli个可用信道，并生成将向反馈邻居节点发起的租用 费用计算请求消息，MSGP i = < PAY，i >;或者是
[0052] 2. 2、未获得信道：C - 0，此时可用信道数小于需求数，不予分配。
[0053] 对从优先邻居节点处收到的所有获得信道的节点ak的租用费用计算请求消息 做出反馈，当在a k未曾参与动态分配过程，重新选择可用信道。此处的a k不限于直接相 邻的优先邻居节点，也包括由相邻优先邻居节点传递下来的有租用费用计算请求的间接 优先邻居节点，具体为：收集优先邻居节点\对 &,的租用费用计算请求的反馈，C;|-fc， 更新针对ak的重新选择可用信道集，AC ihfc = C - UiePMi ，做出自己的重新选择， 卜Fir^AC^A)，或，￡f|_fc - 0，并据此生成对ak的租用费用计算请求的信道反馈消 息，< RPmcihfc >。当某个优先邻居节点aj未对a k的租用费用计算请求做出反馈时，意 味着该优先邻居节点不受ak的影响，因此其反馈沿用初始选择的信道，C ihfc - C}。
[0054] 为减少通信冲突，合并所有信道反馈消息，MSG/?广MSGAH < SPF, >。
[0055] 为进一步减少通信冲突，将信道选择结果消息、租用费用计算请求消息和信道反 馈消息融合成一条消息，MSG i^MSGCi I IMSGPiI IMSGRi,并广播该信息，其中！MSGPiF仅包括 节点％的租用费用计算请求，也包括它所反馈的租用费用计算请求。
[0056] 图3给出了四个节点竞争两条信道时的消息流示意图，表1给出了相应的详细的 消息内容示意：
[0057] 表 1
【主权项】
1. 一种分布式频谱资源动态分配的实现方法，其特征在于，包括w下步骤： 第一步、收集信道需求信息；根据节点之间的冲突关系，即节点之间的信噪比冲突关 系，各节点分别与邻居节点交换对信道的估价与需求数，得到局部信息集，并根据估价排序 确定邻居节点的优先级，即可用信道使用权的先后选择顺序满足最大化总体资源分配效 用； 第二步、选择可用信道与计算租用费用反馈信息，具体包括： 2. 1)各节点根据局部信息集中的优先级依次从可用信道集中选择需求数个信道，生成 信道选择结果消息； 2. 2)获得信道的节点进一步生成租用费用计算请求消息； 2. 3)各个节点对从邻居节点处收到的租用费用计算请求做出反馈，生成信道反馈消 息； 2. 4)获得信道的节点将信道选择结果消息、租用费用计算请求消息和信道反馈消息融 合成一条消息并对邻居节点进行广播； 第=步、计算租用费用：获得信道的节点根据信道反馈消息对局部信息集进行更新、确 定关键邻居、计算租用费用；在动态分配结束后，结算点收集获得信道的节点应该支付的租 用费用。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的信噪比冲突关系是指；两个节点同时 通信时的信噪比低于阔值，存在冲突的节点之间通过预定的控制信道相互通信，实现分布 式频谱分配过程，即N个需要信道的各个节点，节点集合A=柄成,在竞争与合作共 存的情形下，决定如何将m个同质正交的无线信道C= {Ci，C2，…,Cm}，按需动态分配并实现最 大化总体资源分配效用的优化目标。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的最大化总体资源分配效用是指： 优化目标
限制条件：不能将同一信道分配给具有冲突关系的两个节点； 其中；Vi是节点ai对信道的价值估计，di是ai对信道的需求数，Pi是ai为自己分配到 的信道所需要支付的租用费用，W是所有获得信道的节点的集合。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的租用费用计算请求消息是指该节点 需要为获得的信道支付的租用费用，需要通过反馈邻居节点的反馈信息计算得到，因此向 反馈邻居节点提出请求。
5. 根据权利要求1或4所述的方法，其特征是，所述的租用费用是指该节点在此次动态 分配中为获得需求数个信道愿意支付的最小金额，计算公式为；Pi=bj.Xdi，其中，bj.是关键 邻居提供的信道估价，中是节点的信道需求数。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的关键邻居是指；未曾参与动态分配， 并在重新选择信道的过程中，无法获得信道的反馈邻居节点。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的结算点在动态分配结束后进一步对 不正确进行分配计算和消息传输过程的节点，实施处罚，其中： 所述的不正确进行分配计算和消息传输是指；错误地计算可用信道集，错误地选择可 用信道，不按规定融合消息，或不广播融合后的消息； 所述的处罚是指；如果节点不正确进行分配计算和消息传输，将可能破坏整个动态分 配过程的有效性，因此结算点将对有该种破坏行为的节点进行一定金额的罚款。
8. -种实现上述任一权利要求所述方法的分布式频谱动态分配系统，其特征在于，包 括；收集信道需求信息模块、选择可用信道计算租用费用反馈信息模块、计算租用费用模块 W及结算认证模块，其中；收集信道需求信息模块与选择可用信道计算租用费用反馈信息 模块相连并传输节点的信道需求信息和节点优先级信息，选择可用信道计算租用费用反馈 信息模块与计算租用费用相连并传输节点选择的信道和费用反馈信息。
【专利摘要】一种无线通信技术领域的分布式频谱资源动态分配的实现方法，通过将次级无线频谱市场中的频谱分配过程分布式化，解除集中式分配方法对中心节点的依赖，在保证可行的计算与通信开销的前提下，结合频谱的空间可重用性，设计分布式激励机制，具有防操纵性，激励节点如实参与分布式频谱动态分配过程。节点根据局部收集的信道估价和需求信息，使用贪心算法，通过合作提高频谱资源的总体分配效用。
【IPC分类】H04W16-10
【公开号】CN104796901
【申请号】CN201510192025
【发明人】吴帆, 彭丹, 杨朔, 陈贵海
【申请人】上海交通大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月21日