[發明專利]一種基于契約理論的協作頻譜共享動態激勵機制設計方法

有效

• 申請號: 201710717867.2
• 申請日: 2017-08-17
• 公開（公告）號: CN107509205B
• 公開（公告）日: 2020-11-06
• 發明（設計）人: 趙楠;陳洋;劉睿;田超;范孟林;樊鵬飛
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: H04W16/14
• 分類號: H04W16/14;H04W16/22
• 代理公司: 武漢帥丞知識產權代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武;劉國斌

本發明屬于無線協作頻譜共享系統技術領域，具體涉及一種基于契約理論的協作頻譜共享動態激勵機制設計方法。所述方法通過將無線協作頻譜共享網絡映射成勞動力市場，將基于市場驅動的契約模型引入到協作頻譜共享機制中，建立主用戶PU模型和次級用戶SU模型；考慮到協作頻譜共享網絡中節點的自私性和網絡信息的非對稱性，針對無線節點位置和信道條件等因素的動態特性，通過設計貫穿兩階段協作頻譜共享的動態契約模型，結合激勵相容和參與約束的條件，實現對SU私有信息的甄別，以激勵其積極參與協作，從而達到無線頻譜資源高效利用的目的。

技術領域

本發明屬于無線協作頻譜共享系統技術領域，具體涉及一種基于契約理論的協作頻譜共享動態激勵機制設計方法。

背景技術

隨著無線服務與應用的爆炸式增長，頻譜資源供需矛盾和資源利用率低，上述瓶頸成為亟待解決的問題。協作頻譜共享技術利用主用戶(Primary User，PU)和次級用戶(Secondary User，SU)之間的相互合作，能有效地提高系統的頻譜利用率。協作頻譜共享技術的關鍵在于如何建立準確的協作頻譜共享模型，這通常需要盡可能完備的網絡信息。然而，在實際的協作頻譜共享網絡中，由于無線用戶的移動性、無線信道的衰落效應、以及網絡信息的私有性等因素，PU和SU之間存在著網絡信息非對稱問題。因此，如何建立具有準確性較高的無線頻譜資源協作共享模型，是極具挑戰性的課題。

目前，非對稱性信息條件下協作頻譜共享激勵問題正得到研究者的關注。最常用的激勵方法是拍賣機制。然而，當PU自身的頻譜需求較高或者其無線網絡信道狀況較差時，可供拍賣的頻譜資源就非常少，難以滿足協作頻譜共享的需求。于是，基于契約理論的協作頻譜共享策略進入了研究者的視野。現有協作頻譜共享激勵技術主要研究靜態契約設計，然而，在實際協作頻譜共享網絡中，由于無線用戶的移動性和無線信道衰落等因素，SU的網絡信息是變化的。同時，為了避免PU頻繁地選擇協作頻譜共享對象而產生額外交易成本，需設計一個長期承諾的動態契約來激勵SU參與協作頻譜共享。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，本發明的目的在于提出一種基于契約理論的協作頻譜共享動態激勵機制設計方法。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種基于契約理論的協作頻譜共享動態激勵機制設計方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟1，通過將多用戶協作頻譜共享網絡映射成勞動力市場，將基于市場驅動的契約模型引入到協作頻譜共享機制中，建立主用戶PU模型和次級用戶SU模型；

步驟2，考慮到協作頻譜共享網絡中節點的自私性和網絡信息的非對稱性，針對無線節點位置和信道條件因素的動態特性，建立兩階段協作頻譜共享的動態契約模型，通過向SU提供契約，并結合步驟1中PU、SU模型而衍生出的激勵相容和參與約束的條件，實現對SU私有信息的甄別，以激勵其積極參與協作，從而達到無線頻譜資源高效利用的目的；最后通過建立基于契約理論的協作頻譜共享動態激勵機制優化模型，得到最優解。

進一步地，步驟1中，所述建立PU模型實現過程包括：

PU在雇傭SU為其進行協作頻譜共享服務的條件下，SU的中繼服務使得PU所增加的收益為：

其中，ρ＞0為每單位通道容量下的等效收益系數；p為SU在PU接收端的協作功率；n₀為噪聲功率；為簡化分析過程，通常將n₀的歸一化值設置為1；

于是，PU所獲得協作效用為其所獲得的總收益T減去支付給SU的報酬w，可表示為：

U_P＝T-w＝log(1+p)-w (2)。

進一步地，步驟1中，所述建立SU模型實現過程包括：