[發(fā)明專(zhuān)利]一種相關(guān)非對(duì)稱(chēng)信息下協(xié)作通信動(dòng)態(tài)契約激勵(lì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710975763.1
• 申請(qǐng)日: 2017-10-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107787001B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙楠;田超;樊朋飛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 湖北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04W24/06
• 分類(lèi)號(hào): H04W24/06;H04L12/24
• 代理公司: 武漢帥丞知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 42220
• 代理人: 朱必武;劉國(guó)斌

1.一種相關(guān)非對(duì)稱(chēng)信息下協(xié)作通信動(dòng)態(tài)契約激勵(lì)方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟1，通過(guò)將協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)映射成勞動(dòng)力市場(chǎng)，將基于市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的契約理論引入到相關(guān)非對(duì)稱(chēng)信息下協(xié)作通信機(jī)制中，建立源節(jié)點(diǎn)SU模型和中繼節(jié)點(diǎn)RN模型；

步驟2，考慮到相關(guān)非對(duì)稱(chēng)信息下協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)機(jī)制中中繼節(jié)點(diǎn)的自私性和雙方信息的非對(duì)稱(chēng)性，針對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)類(lèi)型和信道條件因素的特性，建立兩階段協(xié)作通信的動(dòng)態(tài)契約模型，源節(jié)點(diǎn)SU通過(guò)向中繼節(jié)點(diǎn)RN提供契約，并結(jié)合步驟1中源節(jié)點(diǎn)SU、中繼節(jié)點(diǎn)RN模型而衍生出的激勵(lì)相容和個(gè)人理性約束的條件，實(shí)現(xiàn)對(duì)中繼節(jié)點(diǎn)RN在協(xié)作通信中無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸真實(shí)成本信息的甄別，以激勵(lì)其積極長(zhǎng)期參與無(wú)線數(shù)據(jù)的傳輸，從而達(dá)到完成無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)作通信和通信雙方獲得長(zhǎng)期收益的最大化的目的；最后通過(guò)建立相關(guān)非對(duì)稱(chēng)信息下協(xié)作通信動(dòng)態(tài)契約模型，得到協(xié)作通信雙方收益最大化；

步驟1中，所述建立源節(jié)點(diǎn)SU模型實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：

源節(jié)點(diǎn)SU雇傭i^thRN為其進(jìn)行協(xié)作通信服務(wù)的條件下，i^thRN的中繼服務(wù)使得源節(jié)點(diǎn)SU所增加的收益為：

其中，ρ0為中繼節(jié)點(diǎn)RN的等效利潤(rùn)系數(shù)；p_i為i^thRN在源節(jié)點(diǎn)SU接收端的協(xié)作功率；n₀為噪聲功率；為簡(jiǎn)化分析過(guò)程，將n₀的歸一化值設(shè)置為1；

于是，源節(jié)點(diǎn)SU所獲得協(xié)作效用為其所獲得的總收益減去支付給中繼節(jié)點(diǎn)RN的報(bào)酬w_i，表示為：

步驟1中，所述建立中繼節(jié)點(diǎn)RN模型實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：

假設(shè)為i^thRN發(fā)射端RT_i與目的節(jié)點(diǎn)D之間的信道增益，鑒于i^thRN的傳輸功率是p_ti，則目的節(jié)點(diǎn)將獲得接收的功率為p_i，于是，中繼節(jié)點(diǎn)RN的協(xié)作成本表示為：

其中，γ_i為每單位協(xié)作功率的協(xié)作成本；

為了簡(jiǎn)化，定義中繼節(jié)點(diǎn)RN的每單位協(xié)作功率的成本系數(shù)：

其中，θ_i為i^thRN的私人信息，θ_i越低，表示中繼節(jié)點(diǎn)RN擁有更好的信道條件，即更大的信道增益或者更少的協(xié)作成本；

于是，i^thRN的效用表示為其獲得的報(bào)酬減去總協(xié)作成本：

步驟2中，所述建立兩階段協(xié)作通信的動(dòng)態(tài)契約模型，所采取的實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：

由于每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)RN的實(shí)際協(xié)作類(lèi)型對(duì)于源節(jié)點(diǎn)SU是未知的，因此契約應(yīng)設(shè)計(jì)為解決信息不對(duì)稱(chēng)的問(wèn)題并吸引中繼節(jié)點(diǎn)RN進(jìn)行合作；

假設(shè)每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)RN具有N種不同的協(xié)作類(lèi)型，表示為Θ＝{θ₁,θ₂,...,θ_N}且0≤θ₁θ₂...θ_N，根據(jù)顯示原理，為了反映中繼節(jié)點(diǎn)RN的實(shí)際類(lèi)型，契約應(yīng)由N個(gè)項(xiàng)目組成，每種類(lèi)型一項(xiàng)契約，因此，將契約表示為其中Ω＝1,2,...,N，同時(shí)，假設(shè)源節(jié)點(diǎn)SU獲得關(guān)于中繼節(jié)點(diǎn)RN類(lèi)型的某些統(tǒng)計(jì)信息，中繼節(jié)點(diǎn)RN類(lèi)型為θ_i的先驗(yàn)概率分布表示為q_i，顯然能夠得到

源節(jié)點(diǎn)SU在協(xié)作通信初始階段向中繼節(jié)點(diǎn)RN提供長(zhǎng)期契約，中繼激勵(lì)機(jī)制的整個(gè)過(guò)程包括三個(gè)階段：契約確認(rèn)階段，契約中繼階段和契約實(shí)現(xiàn)階段；

契約確認(rèn)階段：源節(jié)點(diǎn)SU向附近的潛在移動(dòng)節(jié)點(diǎn)廣播一組契約當(dāng)收到契約時(shí)，如果他們?cè)敢饨邮苣撤N契約，RNs會(huì)通知源節(jié)點(diǎn)SU他們的選擇；

契約中繼階段：源節(jié)點(diǎn)SU在通知能夠使用的RNs合作指令之后，將數(shù)據(jù)廣播到所采用的RNs的發(fā)射機(jī)，然后，RNs將收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)侥康墓?jié)點(diǎn)；

契約實(shí)現(xiàn)階段：在每個(gè)周期結(jié)束時(shí)，目的節(jié)點(diǎn)在檢查接收到的數(shù)據(jù)后，將通過(guò)反饋信道，告知源節(jié)點(diǎn)RNs的協(xié)作性能，當(dāng)協(xié)作成功完成時(shí)，源節(jié)點(diǎn)SU根據(jù)契約向被雇用的RNs提供報(bào)酬，但是，如果協(xié)作不成功，RNs將無(wú)法獲得報(bào)酬；

假設(shè)i^th RN類(lèi)型在第1階段和第2階段是從相同的集合Θ＝{θ₁,θ₂,...,θ_N}得到，分別具有不同的概率和為了討論的簡(jiǎn)單性，假設(shè)在t＝1,2期間假設(shè)兩個(gè)階段的中繼成本是正相關(guān)的，也就是說(shuō)，對(duì)于任何有

在這種情況下，兩期契約是一個(gè)四元組其中是關(guān)于其類(lèi)型的t階段契約類(lèi)型，此外，假設(shè)中繼節(jié)點(diǎn)RN在任何階段的效用必須保持正值，考慮到如果中繼節(jié)點(diǎn)RN在第1階段或第2階段的效用低于零，中繼節(jié)點(diǎn)RN可能會(huì)違約。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的相關(guān)非對(duì)稱(chēng)信息下協(xié)作通信動(dòng)態(tài)契約激勵(lì)方法，其特征在于，步驟2中，所述建立相關(guān)非對(duì)稱(chēng)信息下協(xié)作通信動(dòng)態(tài)契約模型，實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：

基于逆向歸納法思想，先考慮第2階段的契約設(shè)計(jì)；在第2階段中，假設(shè)第1階段的契約類(lèi)型為中繼節(jié)點(diǎn)RN通過(guò)選擇類(lèi)型，獲得第2階段效用：

對(duì)于激勵(lì)策略要吸引類(lèi)型的中繼節(jié)點(diǎn)RN，第2階段的契約需滿足以下激勵(lì)相容約束條件：

同時(shí)，為了保證所有參與協(xié)作過(guò)程的中繼節(jié)點(diǎn)RN至少獲得保留效用，則第2階段的RN個(gè)人理性約束條件表示為：

其中，中繼節(jié)點(diǎn)RN在第2階段能夠獲得的保留效用保持正值；

然后考慮第1階段的契約設(shè)計(jì)，由于中繼節(jié)點(diǎn)RN知道第1階段選擇的契約類(lèi)型會(huì)影響第2階段的效用，因而，為了激勵(lì)類(lèi)型反映中繼節(jié)點(diǎn)RN的實(shí)際類(lèi)型，源節(jié)點(diǎn)SU設(shè)計(jì)的契約需滿足以下的激勵(lì)相容約束條件：

其中，是RN第1階段類(lèi)型的效用，由于確信其第1階段類(lèi)型第2階段概率為和分別表示為中繼節(jié)點(diǎn)RN第1階段為和時(shí)第2階段為類(lèi)型的折扣預(yù)期效用；

同樣地，為了保證所有參與協(xié)作過(guò)程的中繼節(jié)點(diǎn)RN至少獲得保留效用，第1階段的契約需滿足以下個(gè)人理性約束條件：

于是，兩階段動(dòng)態(tài)契約優(yōu)化問(wèn)題為，在滿足上述中繼節(jié)點(diǎn)RN個(gè)人理性約束條件和激勵(lì)約束條件下，源節(jié)點(diǎn)SU的總期望效用最大化：

s.t.(7)～(10)

其中

于是，根據(jù)拉格朗日乘子法和Kuhn-Tucker條件，通過(guò)求導(dǎo)進(jìn)行求解，能夠得出最優(yōu)動(dòng)態(tài)契約的最優(yōu)解。