基于博弈論的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)頻譜資源管理研究1.pdf

1、隨著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展以及無(wú)線用戶的增多，無(wú)線頻譜成為越來(lái)越緊缺的資源。由于歷史原因，傳統(tǒng)的信道是靜態(tài)分配的。頻譜使用的現(xiàn)狀是，很多地方頻譜空閑無(wú)法被充分利用，但是很多用戶卻沒(méi)有足夠的信道來(lái)進(jìn)行他們的工作。考慮到頻譜分配的現(xiàn)狀，必須設(shè)計(jì)信道分配機(jī)制來(lái)將空閑信道分配給需要信道的用戶來(lái)提高信道的利用率。頻譜再分配是緩解頻譜資源緊缺的一個(gè)有力并且有效的方法。實(shí)現(xiàn)頻譜再分配的常用方法是使用拍賣(mài),擁有空閑信道的賣(mài)家相通過(guò)將空閑信道租給需求信道的買(mǎi)家的

2、方式來(lái)獲取一定的利益。然而，基于不同目標(biāo)設(shè)計(jì)出的信道拍賣(mài)機(jī)制的性能也有所不用。在本文中，設(shè)計(jì)了兩種信道拍賣(mài)機(jī)制：多無(wú)線電無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中信道拍賣(mài)機(jī)制及基于差分隱私的近似利潤(rùn)最大化機(jī)制。
　　已有的信道拍賣(mài)機(jī)制大都以降低系統(tǒng)性能的代價(jià)來(lái)滿足拍賣(mài)機(jī)制的防策略性。不同于已有的信道拍賣(mài)機(jī)制，提出了多無(wú)線電無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中信道拍賣(mài)機(jī)制，命名為SHIELD。SHIELD不僅可以滿足防策略性，并且可以獲得很高的系統(tǒng)性的能。這里防策略性是指，無(wú)論其他人報(bào)價(jià)怎

3、樣，對(duì)于任何單個(gè)用戶來(lái)講，報(bào)出自己的真實(shí)價(jià)格是最優(yōu)策略，并且每個(gè)人的利益都不會(huì)被損害。通常用來(lái)衡量拍賣(mài)機(jī)制的性能的兩個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)是信道利用率和用戶滿意度。幾乎所有的已有工作都考慮了防策略性，但是設(shè)計(jì)的拍賣(mài)機(jī)制的性能（信道利用率和用戶滿意度）卻比較差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，SHIELD在信道利用率以及用戶的滿意度上兩方面都可以獲得比現(xiàn)有的信道分配機(jī)制更好的性能。信道利用率是指使用每個(gè)信道的基本用戶數(shù)的平均值，即每個(gè)信道被使用次數(shù)的平均值。用戶滿意度

4、是指至少獲得一個(gè)信道的用戶數(shù)占總用戶數(shù)的百分比。此外，我們還針對(duì)信道分配中的公平性問(wèn)題，提出了一種簡(jiǎn)單高效的拍賣(mài)機(jī)制Fair-SHEILD。證明Fair-SHIELD在重復(fù)性拍賣(mài)中可以獲得信道分配的公平性。
　　在已有的信道拍賣(mài)機(jī)制中，大部分機(jī)制都旨在提高系統(tǒng)的社會(huì)效益和信道利用率，但是對(duì)賣(mài)家的利益沒(méi)有任何的保障。僅有的考慮了賣(mài)家利潤(rùn)的信道拍賣(mài)機(jī)制也無(wú)法保證買(mǎi)家競(jìng)標(biāo)隱私。競(jìng)標(biāo)隱私即，其他買(mǎi)家不能確切知道其中一個(gè)買(mǎi)家的競(jìng)標(biāo)價(jià)格。在本

5、文中還針對(duì)信道拍賣(mài)機(jī)制中賣(mài)家的收益問(wèn)題提出一個(gè)基于差分隱私的近似利潤(rùn)最大化機(jī)制，命名為DIARY。DIARY不僅保證了賣(mài)家的競(jìng)標(biāo)隱私，并且可以近似最大化賣(mài)家的收益。DIARY支持信道的重復(fù)利用以及單個(gè)用戶申請(qǐng)多個(gè)信道的情況。據(jù)我們所知，是第一次將差分隱私與信道拍賣(mài)結(jié)合起來(lái)解決信道拍賣(mài)中賣(mài)家收益的保障問(wèn)題上。此外，還針對(duì)信道分配中的公平性問(wèn)題，提出了一種改進(jìn)版的拍賣(mài)機(jī)制 DIARY-with-Fairness。我們證明 DIARY-wit