基于博弈论的无线网络资源分配算法研究

发布时间：2017-05-20 08:00

  本文关键词：基于博弈论的无线网络资源分配算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：协作中继作为无线移动通信网络中的关键技术之一,可以有效提高无线通信网络性能,扩展网络覆盖范围。然而在现实网络中,节点间普遍存在自私性,这些节点并不希望贡献自身资源去参与协作中继。对于这种自私性无线协作中继系统,通信的性能在很大程度上依赖于系统资源的优化分配。因此必须设置良好的激励机制以使自私节点能积极自愿的参与协作中继。博弈论是一种研究自私个体间竞争以及协作问题的数学工具,己被证明可以有效解决自私性无线节点协作中继的资源分配问题。本论文基于博弈论和放大再转发协议,针对三种非对称协作中继基础模型的功率资源分配,进行了相关算法的研究,给出了具体的协作资源分配策略。多源-单中继：不仅考虑中继节点的自私性,同时从多个源节点的自私性出发,对目前研究普遍应用的资源定价策略做出改进,给出了针对不同源节点的不同价格策略。将中继对各源节点的协作功率分配建模为源节点间的非协作博弈,通过分布式求解算法求得纳什均衡功率解。纳什均衡功率分配策略即为最优分配策略,但不满足帕累托有效性,改进后的帕累托占优解可确保最大化所有源节点的总效用。最后仿真证明,此方案有效解决了源节点间的自私性,优化了系统性能。单源-多中继：对于多个中继节点作为卖方互相竞争的系统,单个源节点有优先权定下协作资源价格。协作资源在中继间的分配,可建模为中继协作博弈的纳什议价解问题。目前的研究基本是以节点间对于互相信息的完全掌握为背景,过于理想化。本文考虑了信息掌握的不对称性,最终给出了非对称纳什议价分配策略。纳什议价解的求解最终转化为拉格朗日乘子的求解,依赖梯度下降算法可以求出。仿真结果体现了不同信息背景下,资源分配的有效性和公平性的统一多源-多中继：针对这种较复杂系统模型,一般是在前两种模型研究的基础上进一步进行分析研究。本文考虑中继和源之间的付出与回报,从经济学中的买卖博弈模型出发,将瓦尔纳斯均衡策略应用于本系统中。应用分布式上升机制竞争算法,求出中继资源价格的瓦尔纳斯均衡价格解。仿真结果证明,系统存在瓦尔纳斯均衡收敛解,并且此时中继的功率资源能得到最大化利用,系统的性能也能保证最优。
【关键词】：协作中继 资源分配 博弈论 放大再转发 有效性 公平性
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景10-11
• 1.2 无线节点协作中继11-13
• 1.2.1 协作分集11-12
• 1.2.2 协作中继技术分类12-13
• 1.2.3 协作中继网络中的资源分配13
• 1.3 协作通信网络的博弈策略13-14
• 1.4 论文组织结构14-16
• 第二章 博弈论基础16-22
• 2.1 博弈的基本思想16-17
• 2.2 非协作博弈论17-19
• 2.2.1 非协作博弈的经典实例和定义17-18
• 2.2.2 非协作博弈的纳什均衡解18-19
• 2.3 协作博弈论19-20
• 2.3.1 协作博弈的定义19
• 2.3.2 协作博弈的纳什议价解19-20
• 2.3.3 非对称的纳什议价解20
• 2.4 帕累托有效性20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 多源单中继系统中基于卖方市场非协作博弈的功率分配算法22-34
• 3.1 多源单中继协作中继系统模型22-23
• 3.2 协作功率分配的Stackelberg博弈建模23-24
• 3.2.1 斯坦克贝格(Stackelberg)博弈23
• 3.2.2 中继功率的价格更新策略23-24
• 3.2.3 源节点的效用函数设计24
• 3.3 博弈纳什均衡功率解24-28
• 3.3.1 均衡功率解的存在性证明25-26
• 3.3.2 均衡功率解的分布式求解算法26
• 3.3.3 分布式均衡求解算法的稳定性证明26-27
• 3.3.4 博弈纳什均衡功率解的帕累托有效性27-28
• 3.4 仿真验证及结果分析28-33
• 3.4.1 两源节点非协作功率博弈的结果分析29-30
• 3.4.2 参数6对均衡功率分配策略及均衡价格的影响30-31
• 3.4.3 分布式均衡求解算法的收敛性分析31-32
• 3.4.4 纳什均衡功率分配的效用分析32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 单源多中继系统中基于买方市场协作博弈的功率分配算法34-48
• 4.1 单源多中继协作中继系统模型34-35
• 4.2 协作资源及其价格博弈建模35-37
• 4.2.1 中继节点间的协作博弈35
• 4.2.2 源节点的效用函数设计及最优价格策略的求解35-36
• 4.2.3 中继节点的效用函数设计36-37
• 4.3 博弈功率分配的纳什议价解37-41
• 4.3.1 纳什议价解的存在性证明37-38
• 4.3.2 拉格朗日乘数法求解纳什议价解38-39
• 4.3.3 拉格朗日乘子的对偶搜索39-40
• 4.3.4 梯度下降算法的收敛性条件40-41
• 4.4 仿真验证及结果分析41-46
• 4.4.1 两中继节点协作功率博弈的结果分析41-43
• 4.4.2 纳什议价功率博弈策略的效用分析43-45
• 4.4.3 梯度下降算法的收敛性分析45-46
• 4.5 本章小节46-48
• 第五章 多源多中继系统中买卖博弈的功率分配算法48-60
• 5.1 多源多中继协作中继系统模型48-49
• 5.2 基于竞价机制的买卖双方博弈建模49-51
• 5.2.1 源节点与中继节点间的买卖博弈49-50
• 5.2.2 源节点效用函数的设计及其最优功率购买策略50-51
• 5.2.3 中继节点的效用函数设计51
• 5.3 买卖博弈的瓦尔纳斯均衡价格解51-54
• 5.4 仿真验证及结果分析54-58
• 5.4.1 源节点与中继节点买卖博弈的结果分析54-57
• 5.4.2 基于瓦尔纳斯均衡价格解的功率博弈效用分析57-58
• 5.4.3 分布式上升机制竞争算法的收敛性分析58
• 5.5 本章小结58-60
• 第六章 总结与展望60-62
• 6.1 全文总结60
• 6.2 后续研究工作展望60-62
• 致谢62-64
• 参考文献64-68
• 作者简介68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 陆建华;;协同宽带无线通信研究进展[J];中国基础科学;2009年06期

2 高伟东;王文博;袁广翔;彭木根;;协作通信中的中继节点选取和功率分配联合优化[J];北京邮电大学学报;2008年02期

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 丛犁;基于博弈论的无线网络资源分配策略研究[D];西安电子科技大学;2011年

2 张国鹏;基于博弈论的无线网络资源竞争与协作机制研究[D];西安电子科技大学;2009年

3 阮宁;可靠性网络最优化算法研究[D];上海大学;2006年

  本文关键词：基于博弈论的无线网络资源分配算法研究，由笔耕文化传播整理发布。

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本文编号：380994