基于拍賣機(jī)制的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜資源管理.pdf

1、頻譜感知、頻譜決策、頻譜共享和頻譜搬移是認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)的四個(gè)基本功能，其中頻譜決策和頻譜共享也被統(tǒng)稱為頻譜管理。次級(jí)用戶首先利用頻譜感知挖掘可用頻譜資源，再利用頻譜管理合理分配頻譜資源，最后利用頻譜搬移避免對(duì)初級(jí)用戶的傳輸產(chǎn)生有害影響。然而，認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)在實(shí)際部署過程中面臨著如何才能激勵(lì)初級(jí)用戶開放授權(quán)頻段的使用和如何在次級(jí)用戶之間合理分配頻譜資源來(lái)提升頻譜利用效率這兩點(diǎn)主要的挑戰(zhàn)，第一點(diǎn)被稱為激勵(lì)問題，第二點(diǎn)被稱為分配問題。為了解決

2、上述問題，研究人員將微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)中拍賣機(jī)制的概念和模型引入到認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的頻譜資源管理研究中，讓次級(jí)用戶有償使用初級(jí)用戶的授權(quán)頻段，從而進(jìn)一步提升認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的性能和實(shí)用性。已有的拍賣研究對(duì)頻譜資源的假設(shè)往往較為簡(jiǎn)單，并沒有充分考慮用戶在頻譜資源供需上的差異性。此外，如何在非集中式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)頻譜資源分配，以及如何在分配過程中兼顧多種頻譜資源，也是基于拍賣機(jī)制的頻譜資源管理研究領(lǐng)域中的重點(diǎn)問題。本文針對(duì)上述內(nèi)容，對(duì)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中基

3、于拍賣機(jī)制的頻譜資源管理技術(shù)進(jìn)行了深入詳細(xì)的研究，主要內(nèi)容包括:
　　1.研究了針對(duì)多屬性信道的組合拍賣算法。認(rèn)識(shí)到已有拍賣研究對(duì)頻譜資源同質(zhì)性的假設(shè)無(wú)法充分體現(xiàn)買賣雙方在頻譜資源供給/需求上的多樣性，本文提出了利用屬性值來(lái)體現(xiàn)頻譜資源差異性的組合拍賣算法，具體而言:
　　1)利用“帶寬、起始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間”三個(gè)屬性來(lái)描述單個(gè)信道，充分體現(xiàn)出初級(jí)用戶/次級(jí)用戶在頻譜供給/頻譜需求上的差異性;
　　2）基于Sigmoid

4、函數(shù)，構(gòu)建基于信道屬性值的估值函數(shù)，用來(lái)估算次級(jí)用戶對(duì)具有特定屬性的信道的偏好;
　　3）允許次級(jí)用戶投標(biāo)包含多個(gè)信道的信道組合，設(shè)計(jì)了針對(duì)單信道-單次級(jí)用戶場(chǎng)景下的組合拍賣算法，并證明拍賣算法實(shí)現(xiàn)了個(gè)人理性、預(yù)算均衡、買家用戶誠(chéng)實(shí)性和賣家用戶弱誠(chéng)實(shí)性;
　　4）將拍賣算法擴(kuò)展到單信道-多次級(jí)用戶場(chǎng)景中，允許多個(gè)時(shí)-頻域需求不重疊的次級(jí)用戶共享同一個(gè)信道或信道組合，設(shè)計(jì)了針對(duì)該場(chǎng)景的多輪組合拍賣機(jī)制，并實(shí)現(xiàn)了相同的經(jīng)濟(jì)學(xué)性質(zhì)

5、。
　　2.研究了分布式認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的帶寬分配算法?？紤]到實(shí)際環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)更偏向于分布式結(jié)構(gòu)，而優(yōu)化問題的復(fù)雜性又使得部署或?qū)ふ液线m的中心節(jié)點(diǎn)來(lái)執(zhí)行集中式拍賣算法變得十分困難，本文提出了一種針對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的帶寬拍賣機(jī)制，具體而言:
　　1）針對(duì)分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境特性，將整個(gè)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)劃分為若干個(gè)以單個(gè)初級(jí)用戶為中心的次級(jí)網(wǎng)絡(luò);
　　2）每個(gè)次級(jí)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，初級(jí)用戶通過不斷調(diào)節(jié)單位帶寬價(jià)格來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的帶寬供需，并最

6、終達(dá)到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)帶寬資源的供需平衡;
　　3）證明了當(dāng)價(jià)格調(diào)節(jié)因子足夠小時(shí)，所有次級(jí)網(wǎng)絡(luò)最終均能達(dá)到供需平衡，并且完成帶寬資源的最優(yōu)分配;
　　4）將算法擴(kuò)展到考慮用戶QoS需求的場(chǎng)景，提升了算法的應(yīng)用性。用戶的QoS需求主要體現(xiàn)為帶寬供給量/帶寬需求量的限制。
　　3.研究了信道-功率聯(lián)合資源分配算法。考慮到傳統(tǒng)的頻譜拍賣只研究了針對(duì)信道或者功率的單一資源分配，而次級(jí)用戶往往同時(shí)對(duì)兩種資源都有要求，本文提出了在分配過程中

7、兼顧傳輸信道和傳輸功率的聯(lián)合資源拍賣算法，具體而言:
　　1）當(dāng)不考慮對(duì)初級(jí)用戶的干擾時(shí)，將聯(lián)合資源分配視為單邊拍賣問題，并在模型中考慮了完全和不完全兩種次級(jí)用戶的需求類型;
　　2）設(shè)計(jì)了針對(duì)無(wú)初級(jí)用戶干擾場(chǎng)景的拍賣算法，并證明拍賣算法實(shí)現(xiàn)了個(gè)人理性、預(yù)算均衡和用戶誠(chéng)實(shí)性;
　　3）將算法擴(kuò)展到初級(jí)用戶干擾受限的場(chǎng)景，此時(shí)聯(lián)合資源分配被視為雙邊拍賣問題，并考慮了次級(jí)用戶單信道和多信道兩種需求類型;
　　4）分別