一种基于博弈论的多接入带宽分配方法

摘要

本发明公开了一种基于博弈论原理的多接入带宽分配方法，该方法考虑异构无线网络中处于多个网络重叠覆盖区域中的用户可以同时选择接入多个网络，并以最大化用户收益函数为目标，实现了用户的多接入带宽分配。具体步骤如下：对系统区域进行划分，并根据用户所处的位置信息判断各个用户所处的区域，得到每个用户的可接入网络，再对各个用户获得不同网络的信噪比进行计算，设计和吞吐量有关并且满足凹函数特性的效用函数，用户根据网络中当前时刻其他用户的带宽请求策略调整用户自身带宽请求策略，最大化自身收益。当网络中任何一个用户都不能通过单方面改变自身策略获得收益的提高时，即达到纳什均衡，此时每个用户得到收益的最大值。

主权项

一种基于博弈论原理的多接入带宽分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)确定每个用户的可接入网络集合：首先根据网络间的交叉重叠，将异构无线网络环境划分为包括非重叠区域在内的A个区域；接着根据用户所处位置信息计算每个区域中的用户个数n_a，a＝1,2,3...,A，且其中a代表区域编号，A为系统中的区域总数，n为系统中的用户总数；然后确定每个区域中所有用户的可接入网络：将区域中覆盖的网络作为该区域中用户的可接入网络，并用1,2,...,m_i对用户i的可接入网络进行编号，其中m_i代表用户可接入网络的总数；2)计算系统中每个用户获得可接入网络的接收信噪比S_ij：根据用户i接收到的可接入网络j的接收信号强度P_ij，计算其获得可接入网络j的接收信噪比其中i为用户编号，j为可接入网络编号，N为信道噪声功率；3)构建用户的收益函数：首先根据下式计算每个用户获得所有可接入网络的吞吐量带来的效用：$u_i=ln(1+\underset{j=1}{\overset{m_i}{\Sigma }}{T}_{ij}),$其中，m_i代表用户i的可接入网络数量，代表用户i获得的总吞吐量，T_ij代表用户i获得网络j的吞吐量，根据公式T_ij＝bi_jlog₂(1+S_ij)计算得到，b_ij代表用户i向可接入网络j请求接入的带宽策略；然后根据下式计算每个可接入网络的单位带宽定价方案p_j：$p_j=\left\{\begin{array}{cc}{k}_j\frac{B_j}{B_j-\underset{l=1}{\overset{L_j}{\Sigma }}{b}_{lj}},& B_j>\underset{i=1}{\overset{L_j}{\Sigma }}{b}_{lj}\\ \infty ,& else\end{array}\right.,$其中B_j为网络j拥有的总带宽，为网络j已经被占用的带宽，k_j为网络j的价格因子,L_j为网络j中接入的用户数；再根据下式计算得到每个用户i需要付出的代价C_i：$C_i=\underset{j=1}{\overset{m_i}{\Sigma }}{p}_j{b}_{ij}=\left\{\begin{array}{cc}\underset{j=1}{\overset{m_i}{\Sigma }}\frac{k_j{B}_j{b}_{ij}}{B_j-\underset{l=1}{\overset{L_j}{\Sigma }}{b}_{lj}},& \underset{l=1}{\overset{L_j}{\Sigma }}{b}_{lj}<B_j\\ \infty ,& else\end{array}\right.;$最后根据下式计算得到每个用户的收益函数U_i(b_i,b_‑i)：$U_i(b_i,b_{-i})=u_i-C_i=\left\{\begin{array}{cc}\ln (1+\underset{j=1}{\overset{m_i}{\Sigma }}{b}_{ij}lb(1+\frac{P_{ij}}{N}\left)\right)-\underset{j=1}{\overset{m_i}{\Sigma }}\frac{k_j{B}_j{b}_{ij}}{B_j-\underset{l=1}{\overset{L_j}{\Sigma }}{b}_{lj}},& \underset{l=1}{\overset{L_j}{\Sigma }}{b}_{lj}<B_j\\ -\infty ,& else\end{array}\right.;$4)对系统中每个用户向每个可接入网络请求的带宽策略进行迭代调整，将最大收益时的带宽策略作为最终的带宽分配方案，具体步骤如下：a)对每个区域中的每个用户的带宽请求策略进行初始化：令初始时刻t＝0，区域a中每个用户在初始时刻向可接入网络j请求的接入带宽策略为b_ij(t)＝0；b)根据下式分别计算下一时刻每个用户向可接入网络j请求的接入带宽策略，然后令t＝t+1：$b_{ij}(t+1)=b_{ij}\left(t\right)+\delta \frac{\partial U_i(b_i,b_{-i})}{\partial b_{ij}}$其中δ是收敛速度调整参数；c)判断是否系统中所有用户是否均满足以下条件：用户向其每个可接入网络请求的带宽策略都满足条件|b_ij(t+1)‑b_ij(t)|<ε，其中ε为最终确定的带宽策略允许的误差范围；如是，则进入步骤d)，否则返回步骤b)；d)将最后更新得到的每个用户向所有可接入网络请求的带宽策略，作为最终的带宽分配方案。