無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基于博弈論的資源競爭和合作機(jī)制研究.pdf

1、無線移動(dòng)通信的發(fā)展和演進(jìn)促使人們開發(fā)設(shè)計(jì)了許多不同的接入技術(shù),比如無線蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)、全球微波互聯(lián)接入(WiMax:Worldwide Interoperability for Microwave Access)和無線局域網(wǎng)(WLAN: Wireless Local Area Networks)。所謂無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)( Heterogeneous Wireless Networks),就是存在多種不同的無線接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。他連接這些不同類

2、型網(wǎng)絡(luò),并提供統(tǒng)一的接入、無縫的覆蓋和普遍的移動(dòng)性支持。
　　傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)基于點(diǎn)對多點(diǎn)的模式,由唯一的基站(BS:Base Station)控制全部資源,控制用戶接入,并向用戶提供服務(wù)。維護(hù)和部署基站需要耗費(fèi)大量的時(shí)間、人力和物力。由獨(dú)立、自治的用戶終端組成的分布式網(wǎng)絡(luò)主要依賴競爭和合作獲取資源,可以有效的減少部署維護(hù)的開銷,同時(shí)組網(wǎng)也更加靈活。在分布式網(wǎng)絡(luò)中,由于不存在統(tǒng)一的管理和調(diào)度核心,用戶終端無法獲得網(wǎng)絡(luò)的全局信息或

3、者用戶在處理資源時(shí)表現(xiàn)出的自私性和利己性,即單方面的最大化自身的利益而不考慮全局,容易使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)和其他用戶的性能急劇惡化。因此,需要設(shè)計(jì)合理高效機(jī)制來激勵(lì)用戶之間的競爭和協(xié)作,來實(shí)現(xiàn)資源的公平優(yōu)化分配。
　　博弈論是研究決策主體之間競爭和合作行為的數(shù)學(xué)工具,是使用縝密的數(shù)學(xué)模型研究在沖突合作情況下決策主體實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化決策的理論。本文利用博弈論的基本原理,研究無線異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中自治節(jié)點(diǎn)以及基站之間的合作和競爭關(guān)系,設(shè)計(jì)激勵(lì)用戶參與競爭和

4、合作的激勵(lì)機(jī)制,實(shí)現(xiàn)資源在網(wǎng)絡(luò)中的高效合理分配。
　　在無線多播異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的小區(qū)和傳輸模式選擇問題的研究中,本文以得到多播服務(wù)所需要獲得的信道作為競爭資源,以維持該信道所需要的功率作為得到資源的代價(jià),設(shè)計(jì)了用戶與基站之間的拍賣算法實(shí)現(xiàn)功率分配。首先建立用戶與基站之間的拍賣模型,設(shè)計(jì)多播信道和單播信道分別對應(yīng)的價(jià)格參數(shù),針對單播信道和多播信道在處理供不應(yīng)求情況下的不同特性設(shè)計(jì)拍賣算法,最后根據(jù)拍賣的過程設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)算法的通信協(xié)議。仿真結(jié)果

5、表明,本文給出的功率分配方案能夠快速收斂并且能夠很好的應(yīng)對用戶的移動(dòng)性。
　　在蜂窩-車聯(lián)網(wǎng)的下行數(shù)據(jù)傳播問題研究中,本文考慮在不同的分割區(qū)域內(nèi)各自選擇信道條件出色的擁有蜂窩接口的車輛作為連接蜂窩網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)網(wǎng)關(guān),接著在車聯(lián)網(wǎng)范圍內(nèi)設(shè)計(jì)聯(lián)盟博弈框架,激勵(lì)車輛節(jié)點(diǎn)選擇可以最大化自身數(shù)據(jù)傳輸率的上一層節(jié)點(diǎn),形成完整的樹形數(shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)。針對車輛的高移動(dòng)性,本文給出了復(fù)雜度極低的聯(lián)盟分離合并算法,使車輛能夠根據(jù)不斷變化的環(huán)境隨時(shí)切換到