基于博弈論的無線網(wǎng)絡(luò)資源分配策略研究.pdf

1、博弈論是一種研究自私個體間競爭以及合作問題的工具,分為非合作和合作博弈。非合作博弈的解“納什均衡(NE:Nash Equilibrium)”,給出了自私個體在最大化自己效益的競爭過程中的均衡狀態(tài)。常用的合作博弈的解“納什議價解(NBS:Nash Bargaining Solution)”,則以最大化集體利益為目標(biāo),建立一種約束性的協(xié)議使每個個體對于合作后所得到的集體利益的分配方式達成共識。NBS強調(diào)了公平性且一般具有帕累托最優(yōu)性,而NE

2、通常需要進行帕累托改進。本文利用博弈的基本思想及其經(jīng)典的數(shù)學(xué)模型,分析了協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)以及分層的PMP/Mesh混合結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的資源分配問題,主要研究內(nèi)容如下。
　　 首先利用基于價格機制的非合作博弈理論研究了頻分多址(FDMA)協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中的資源分配問題。研究模型包括:(1)供過于求的市場競爭模型,多個中繼節(jié)點相互競爭出售自己的頻譜資源給單個用戶節(jié)點；(2)供不應(yīng)求的市場競爭模型,多個用戶節(jié)點競爭單個中繼節(jié)點的有限的頻譜資源。

3、博弈中綜合考慮了中繼及用戶節(jié)點的效用最大化問題,證明了NE解的存在性及帕累托有效性,給出了一種求解NE的分布式自適應(yīng)算法,并分析了算法的穩(wěn)定性條件。為了獲得一個帕累托占優(yōu)解,給出了一種以最大化博弈參與者效用和為目標(biāo)的均衡改進方法。仿真結(jié)果顯示,價格博弈可以激勵中繼節(jié)點參與協(xié)作通信并且對協(xié)作資源進行合理的分配。此外,在供過于求的市場模型下,給出了基于粒子群優(yōu)化(PSO)的博弈解搜索算法,并且比較了放大轉(zhuǎn)發(fā)(AF)和譯碼轉(zhuǎn)發(fā)(DF)兩種不同

4、協(xié)作協(xié)議下的博弈結(jié)果。
　　 其次,在基于時分多址(TDMA)的協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)中,利用合作博弈提出了協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)碼元數(shù)和碼元傳輸功率的聯(lián)合分配的算法。在博弈中,每個節(jié)點都是能量和功率受限的,自私節(jié)點只有在協(xié)作后的數(shù)據(jù)速率不低于非協(xié)作的速率時才參與協(xié)作。為求解NBS,將聯(lián)合的資源分配博弈依次分解為碼元分配子博弈和功率分配子博弈。仿真表明:用戶均能通過參與協(xié)作而獲益,并且資源整體利用效率損失很小,因此NBS是公平且有效的。
　　

5、本文還研究了一種基于中低空平臺的WiMAX(AirWiMAX)系統(tǒng),該系統(tǒng)基于分層的PMP/Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),上層骨干網(wǎng)以Mesh結(jié)構(gòu)構(gòu)建并且支持下層網(wǎng)絡(luò)的PMP方式接入,目的是為應(yīng)急通信系統(tǒng)提供高容量和吞吐量,并且保障地面用戶的QoS需求。針對上述網(wǎng)絡(luò)的下行鏈路,本文采用賦以公平性準(zhǔn)則的合作博弈理論,提出一種時、頻、功率資源聯(lián)合分配的算法。仿真結(jié)果表明,與最大速率以及最大最小公平性資源分配算法相比,博弈的結(jié)果在系統(tǒng)吞吐量及公平性上獲得