基于排队模型的混合overlay/underlay频谱共享优化策略研究
发布时间：2021-08-18 16:53
为了更好地提高认知无线电网络中授权频谱的利用率,并为系统用户提供更高质量的服务,采用排队博弈理论研究了混合overlay/underlay频谱共享方式的优化策略。面向认知用户建立了传输时间服从二相阶超指数分布的排队模型,并给出排队模型稳态分布的求解方法。基于收益—支出结构,研究了可视情形下认知用户的个体最优策略及不可视情形下认知用户的纳什均衡策略。以社会收益最优及授权频谱收入最大为目标,给出了认知用户使用授权频谱的接入费用。进行数值实验,揭示了不同策略之间的内在关系,并验证了收费方案的合理性。通过将混合overlay/underlay频谱共享方式下的社会最优收益与overlay频谱共享方式和underlay频谱共享方式下的社会最优收益进行对比,进一步表明了混合overlay/underlay频谱共享方式下的社会最优策略能更加稳定且高效地利用频谱资源。
【文章来源】：通信学报. 2017,38(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
系统毗邻状态转移率
D[T](E[T])。令*wU(q)0，可以解得最优接入费用*2*(D[](E[]))E2(1E[])CqTTkRCTqT(14)由于该费用方案将社会收益完全转移到费用的征收方，因此，该方案也是频谱收入最大化费用方案。5数值实验本节通过数值实验揭示混合overlay/underlay频谱共享下，认知用户到达率su及成功传输收益R对认知用户策略阈值及授权频谱定价的影响，并通过优化策略的对比说明该混合策略的优越性。设置系统参数如下：pu0.10，pu2.00，l1.00，h1.50，C4.00。以认知用户成功传输收益R16为例，图2展示了可视情形下认知用户个体最优策略阈值en、社会最优策略阈值sn及频谱收入最大化策略阈值mn随认知用户到达率su增加的变化趋势。图2认知用户到达率su对策略阈值的影响图2表明，随着认知用户到达率su的增加，个体最优策略阈值en恒定；社会最优策略阈值sn阶梯减小；频谱入场收入最大化策略阈值mn阶梯增加。当认知用户掌握系统负载信息时，其决策只是取决于系统本身的性质，并不受自身到达率的影响，因此，个体最优策略阈值恒定。考虑社会收益的构成，一方面受到认知用户到达率的影响，另一方面受到认知用户逗留时间的影响。当认知用户到达率较低时，较高的阈值可以提高认知用户的吞吐量，同时也能保证认知用户的逗留时间不会受到大的影响；当认知用户到达率较高时，认知用户采用较小的策略阈值，认知用户的阻塞率有所增加，吞吐量也有所降低，但是可以大幅度地减少认知用户的逗留时间。因此，随着认知用户到达率的增加，社会最优策略阈值会减校不同于系统社会收益，频谱收入主要取决于进入系统的认知用户的数目及单个认知用户的接入费用。为了最大化自身收入，当认?
的过度拥塞，造成整个社会的利益锐减，即个体最优策略阈值偏离了社会最优策略阈值。另一方面，授权频谱为了最大化自身收入，往往会采取较高的价格，促使更多的认知用户止步离开，因此，频谱收入最大化策略阈值不大于社会最优策略阈值。值得说明的是，受到认知用户成功传输收益R及逗留费用C的限制，随着认知用户到达率的增加，社会最优策略阈值的下限值与频谱收入阈值的上限值趋于一致，均为E[]RCT。在图2中体现为社会最优策略阈值曲线与频谱收入最大化策略阈值曲线重合。采用与图2相同的参数配置，图3展示了可视情形下社会最优接入费用sk及频谱收入最大化接入费用mk随认知用户到达率su增加的变化趋势。图3认知用户到达率su对接入费用的影响图3表明，当以社会收益为目标函数时，sk随认知用户的到达率su增加而阶梯增加；以频谱收入为目标函数时，mk随认知用户到达率su增加而阶梯减少。在可视情形下，授权频谱的接入费用与策略阈值是负线性关系。结合图2结果，随认知用户到达率增加，社会最优阈值阶梯减小，造成认知用户的接入费用增加；频谱收入最大化阈值增加，导致认知用户的接入费用降低。另外，图3的结果表明社会最优接入费用不大于入场收入最大化接入费用，即smk≤k。也就是说，如果以社会最优为目的，接入费用的实施是有意义的，而以频谱收入最大化为目的，接入费用的实施不能实现社会收益的最优。以认知用户到达率su0.60为例，图4展示了可视情形下3种策略阈值随着认知用户成功传输收益R的变化趋势。图4认知用户成功传输收益R对策略阈值的影响图4进一步揭示了策略阈值之间的数值关系。另外，图4也表明3种策略阈值均随着认知用户成功传输收益R的增加而阶梯
【参考文献】：
期刊论文
[1]Underlay认知无线电网络功率与允入控制优化算法[J]. 任晓岳,陈长兴. 系统工程与电子技术. 2016(10)
[2]带有组间切换的认知无线网络混合式信道分配策略及性能研究[J]. 金顺福,解洪亭,赵媛. 通信学报. 2013(12)
本文编号：3350263
【文章来源】：通信学报. 2017,38(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
系统毗邻状态转移率
D[T](E[T])。令*wU(q)0，可以解得最优接入费用*2*(D[](E[]))E2(1E[])CqTTkRCTqT(14)由于该费用方案将社会收益完全转移到费用的征收方，因此，该方案也是频谱收入最大化费用方案。5数值实验本节通过数值实验揭示混合overlay/underlay频谱共享下，认知用户到达率su及成功传输收益R对认知用户策略阈值及授权频谱定价的影响，并通过优化策略的对比说明该混合策略的优越性。设置系统参数如下：pu0.10，pu2.00，l1.00，h1.50，C4.00。以认知用户成功传输收益R16为例，图2展示了可视情形下认知用户个体最优策略阈值en、社会最优策略阈值sn及频谱收入最大化策略阈值mn随认知用户到达率su增加的变化趋势。图2认知用户到达率su对策略阈值的影响图2表明，随着认知用户到达率su的增加，个体最优策略阈值en恒定；社会最优策略阈值sn阶梯减小；频谱入场收入最大化策略阈值mn阶梯增加。当认知用户掌握系统负载信息时，其决策只是取决于系统本身的性质，并不受自身到达率的影响，因此，个体最优策略阈值恒定。考虑社会收益的构成，一方面受到认知用户到达率的影响，另一方面受到认知用户逗留时间的影响。当认知用户到达率较低时，较高的阈值可以提高认知用户的吞吐量，同时也能保证认知用户的逗留时间不会受到大的影响；当认知用户到达率较高时，认知用户采用较小的策略阈值，认知用户的阻塞率有所增加，吞吐量也有所降低，但是可以大幅度地减少认知用户的逗留时间。因此，随着认知用户到达率的增加，社会最优策略阈值会减校不同于系统社会收益，频谱收入主要取决于进入系统的认知用户的数目及单个认知用户的接入费用。为了最大化自身收入，当认?
的过度拥塞，造成整个社会的利益锐减，即个体最优策略阈值偏离了社会最优策略阈值。另一方面，授权频谱为了最大化自身收入，往往会采取较高的价格，促使更多的认知用户止步离开，因此，频谱收入最大化策略阈值不大于社会最优策略阈值。值得说明的是，受到认知用户成功传输收益R及逗留费用C的限制，随着认知用户到达率的增加，社会最优策略阈值的下限值与频谱收入阈值的上限值趋于一致，均为E[]RCT。在图2中体现为社会最优策略阈值曲线与频谱收入最大化策略阈值曲线重合。采用与图2相同的参数配置，图3展示了可视情形下社会最优接入费用sk及频谱收入最大化接入费用mk随认知用户到达率su增加的变化趋势。图3认知用户到达率su对接入费用的影响图3表明，当以社会收益为目标函数时，sk随认知用户的到达率su增加而阶梯增加；以频谱收入为目标函数时，mk随认知用户到达率su增加而阶梯减少。在可视情形下，授权频谱的接入费用与策略阈值是负线性关系。结合图2结果，随认知用户到达率增加，社会最优阈值阶梯减小，造成认知用户的接入费用增加；频谱收入最大化阈值增加，导致认知用户的接入费用降低。另外，图3的结果表明社会最优接入费用不大于入场收入最大化接入费用，即smk≤k。也就是说，如果以社会最优为目的，接入费用的实施是有意义的，而以频谱收入最大化为目的，接入费用的实施不能实现社会收益的最优。以认知用户到达率su0.60为例，图4展示了可视情形下3种策略阈值随着认知用户成功传输收益R的变化趋势。图4认知用户成功传输收益R对策略阈值的影响图4进一步揭示了策略阈值之间的数值关系。另外，图4也表明3种策略阈值均随着认知用户成功传输收益R的增加而阶梯
【参考文献】：
期刊论文
[1]Underlay认知无线电网络功率与允入控制优化算法[J]. 任晓岳,陈长兴. 系统工程与电子技术. 2016(10)
[2]带有组间切换的认知无线网络混合式信道分配策略及性能研究[J]. 金顺福,解洪亭,赵媛. 通信学报. 2013(12)
本文编号：3350263
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