[發明專利]一種5G混合場景下面向QoE的雙層匹配博弈方法

有效

• 申請號: 201710355378.7
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107302801B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 張暉;姚天
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W72/04
• 分類號: H04W72/04;H04W72/08
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 許方

1.一種5G混合場景下面向QoE的雙層匹配博弈方法，其特征在于：

在5G場景下，設置一個小蜂窩基站SBS，其中混合共存有I個蜂窩用戶CU和J個D2D用戶DU，分別用CUc_i和DUd_j來表示，其中而蜂窩網絡中的信道用來表示；與CUc_i匹配的信道為一個資源塊RB_i，和CU的集合相對應，資源塊的集合可表示為

所述方法基于用戶體驗質量為優化指標，實現總體體驗質量的最優化，包括：

第一部分，CU和信道基于對方個體分別建立偏好列表，采用考慮已存匹配的多對一匹配博弈算法，來解決蜂窩內部的信道與CU之間的匹配問題；

第二部分，信道根據自己對用戶的偏好程度接受或拒絕CU的接入請求，考慮到D2D用戶在通信時對其相應的CU產生的干擾限制，來解決DU復用CU資源塊進行通信的問題；利用考慮已存匹配的多對多匹配博弈算法，對SBS中的DU進行信道分配；

第三部分，更新CU的信道分配向量，通過不斷迭代的過程，最終達到穩定的雙邊匹配；

在所述的第一部分，所述的信道與CU之間的匹配的目標是使SBS中所有CU的總體滿意度最大，即：

其中，是指CUc_i占用信道的集合；U(a)是指總體滿意度，即所有CU的滿意度之和；是CUc_i的速率；是CUc_i的滿意度；

所述的第一部分的實現步驟包括：

步驟1、初始化，隨機生成一個信道分配向量a；

步驟2、CU和信道分別基于對方建立偏好列表；

所述第一部分的步驟2具體包括以下步驟：

步驟2-1：每個CU建立自己對信道的偏好列表；

對于CUc_i來說，偏好關系是指對于任意兩個信道l和l′，僅當時，存在其中和分別是指信道l和l′的效用，其中l，即：當CU在信道l上通信的效用大于信道l′，說明CU更偏好于信道l；每個CUc_i都計算效用根據效用來更新自己的偏好然后向自己最偏好的信道發出請求；

其中用戶c_i的效用計算如下：

表示占用RB_i的CUc_i的當前滿意度，是指當加入信道l之后，CUc_i的滿意度，其滿意度效用函數用下式表示：

其中r是每個用戶的吞吐量，r_req是用戶要求的速率，常量τ反映了其對所要求的傳輸速率r_req的需求程度；r_s是使用戶的需求剛達到飽和的速率，r_d是使用戶的滿意度開始下降的速率；

每個用戶的速率r計算公式如下：

r＝Blog₂(1+γ) (3)

其中，γ表示信噪比SINR，B是信道的帶寬；

CUc_i在信道l上傳輸時的信噪比SINRγ_i表示為其中，Q_i表示CUc_i的傳輸功率，G_B，i和G_B，j分別是指從基站到c_i和d_j的增益，N₀是指接收端的高斯噪聲；而x_ij來表示該CU所占用的信道是否被分配給了一個DU；表示每個DUd_j給與其匹配的資源塊RB_i平均分配傳輸能量；

步驟2-2：信道基于CU建立偏好列表；

對于信道l來說，SBS中存在兩種CU：(1)正在占用該信道的CU；(2)其他CU，其中

每個信道l對所有提出接入請求的CU以及正在占用信道l的用戶計算效用ε_l(c_i)，從而更新自己的偏好列表＞_l；

其中，信道l的匹配效用ε_l(c_i)計算如下：

其中，是指CUc_i離開信道l時的滿意度；

步驟3、隨機選擇一個信道l，從正在占用信道l的CU處撤回信道l，即然后將信道l分配給自己最偏好的即然后更新信道分配向量a；

步驟4、返回所述第一部分的步驟2，直到s.t.和c_i＞_lμ(l)，得到穩定的匹配μ；

在所述第一部分的步驟2中，所述的CU和信道分別基于對方建立偏好列表，是指：

在SBS中，采用匹配博弈理論進行信道與CU之間的匹配；在此匹配過程中，每個信道最多被分配給一個CU，而一個CU可以接入多個信道，所有操作包括匹配請求、接受、拒絕，均根據雙方的偏好列表來確定；

所述第二部分的實現步驟包括：

步驟1、初始化，建立初始的匹配狀態；所述第二部分的步驟1具體包括以下步驟：

步驟1-1、所有的DU與資源塊隨機匹配，同時滿足如下公式(5)中的約束條件C1-C5：

max U(X)， (5)

s.t.C1：

C2：

C3：

C4：

C5：

其中，表示總體效用是所有CU和DU的效用的最大值；表示在RB_i上傳輸的DUd_j接收到的信噪比SINR；和分別表示DU和CU的必須滿足的信噪比要求；q_max表示每個CU的信道最多能被DU復用的個數；表示任意CU和DU所獲得的滿意度效用，u_smin表示滿意度效用的最低限度；

步驟1-2、每個DUd_j給與其匹配的資源塊RB_i平均分配傳輸能量，表示為其中P_j代表每個DU發送端總的發送功率；

步驟2、交換匹配過程；所述第二部分的步驟2具體包括以下步驟：

步驟2-1、每個DUd_j對其他的DUd_j’所占用的資源塊和空閑資源塊計算效用和若其效用值大于零則以降序排列建立偏好列表

所述的效用計算如下：

上式中，表示DUd_j占用RB_i時的滿意度，表示DUd_j將資源塊RB_i換成DUd_j’的資源塊RB_i’之后用戶的滿意度；而表示DUd_j和d_j’所匹配的資源塊互換之后的滿意度增值作為效用；

效用計算如下：

是指沒有達到最大接入值、還允許DU接入的RB_i’；其中表示DUd_j不改變原有匹配情況的前提下，接入之后的滿意度；效用表示d_j接入之后其滿意度的增量；

步驟2-2、每個DUd_j用戶根據自己的偏好列表，向自己最偏好的DUj’或者資源塊提出建立交換對(d_j，d_j’)或者的請求；

步驟2-3、每個資源塊RB_i對接收到的建立交換對的請求的DU，計算效用和更新偏好列表：

其中，是指d_j和d_j’的交換前RB_i的效用，即占用RB_i的CU的滿意度和所有復用RB_i的DU的滿意度之和；而U_ij’是指接入RB_i的DUd_j換成d_j’之后RB_i的效用；

同理，效用是指對于DUd_j’接入之后和其未接入相比，RB_i的滿意度增量；

步驟2-4、每個資源塊RB_i根據自己的偏好列表，同意最偏好的DU建立交換對的請求，拒絕其他的DU；

步驟3、更新匹配狀態，同時更新與每個資源塊匹配的DU個數；

步驟4、重復所述第二部分的步驟2，直到無法建立交換對為止；

在所述第二部分的所述步驟2的步驟2-2中，所述的DUd_j用戶能夠建立交換對必須滿足如下條件：

1)建立交換對之后，任何DU和資源塊的效用和建立之前相比不會降低；

2)建立交換對之后，有至少一個DU或者資源塊RB的效用和之前相比有所增加。

2.根據權利要求1所述的一種5G混合場景下面向QoE的雙層匹配博弈方法，其特征在于：所述第三部分的實現步驟包括：

步驟1、初始化，建立CU和DU與信道匹配的初始狀態；

步驟2、最優化的操作是根據概率P₁＝ζ來對第一個算法進行迭代，以P₂＝1-ζ的概率進行第二個算法的迭代；隨機從[0，1]選擇一個數字α，如果α＜ζ，則執行步驟3，否則執行步驟4；

步驟3、在SBS中，利用第一部分中提出的方案來分配信道給CU，更新分配向量a，返回上述第三部分的步驟2；

步驟4、在SBS中，根據步驟3中的分配向量a，利用第二部分提出的方案來分配資源塊給DU，更新匹配結果，返回所述第三部分的步驟2。