[發明專利]一種D2D協作網絡場景下基于社會關系的功率分配方法

有效

• 申請號: 201810759082.6
• 申請日: 2018-07-11
• 公開（公告）號: CN108901003B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 張祖凡;馬率穎;甘臣權;張珀瑞
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W4/70
• 分類號: H04W4/70;H04W16/22;H04W72/04
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 李金蓉

1.一種D2D協作網絡場景下基于社會關系的功率分配方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)、獲取終端用戶之間的社會屬性，并結合用戶間鏈路速率和社會關系強度生成社會-物理關系圖,建立耦合網絡；所述社會-物理關系圖采用有向加權圖G(V_s,E_s,w)來表征用戶間復雜的社會關系圖，其中V_s為用戶集合，社會層中用戶與物理層中的終端設備是一一對應的關系；E_s代表用戶間的社會聯系，邊權值w表示連邊的強度；

2)、結合用戶間的社會關系和功率限制，根據請求用戶所達到的速率提升和協作用戶所獲得的支付報酬,分別建立請求用戶和協作用戶雙方的利益函數；

3)、考慮到協作用戶和請求用戶雙方的利益沖突，基于雙方利益函數建立兩階Stackelberg博弈模型；

4)、請求用戶和協作用戶之間通過博弈調整形成分配方案，并基于步驟3)的Stackelberg博弈模型確定功率分配策略和功率價格。

2.根據權利要求1所述一種D2D協作網絡場景下基于社會關系的功率分配方法，其特征在于：步驟2)所述請求用戶和協作用戶雙方的利益函數分別為：

(1)請求用戶的利益函數：

U_i(P_i,V)＝(R_ci-R_Bi)-(1-S_ci)V*P_i,i＝1,2,…,n

(2)協作用戶的利益函數：

式中，R_ci表示D2D鏈路速率，R_Bi表示蜂窩鏈路速率，S_ci表示協作用戶與請求用戶i的社會關系強度，C_ost表示單位功率成本，V表示單位功率價格，P_i表示用戶i的分配功率，n表示請求用戶數量。

3.根據權利要求2所述一種D2D協作網絡場景下基于社會關系的功率分配方法，其特征在于：步驟3)所述兩階Stackelberg博弈模型，在第一階段，協作用戶發布功率價格，繼而請求用戶在第二階段回復自己的功率需求；

對于任意的(P,V)，當滿足如下條件，則(P^*,V^*)為博弈模型的均衡點：

式中，P表示為功率分配所對應的向量，即P＝{P₁,P₂,…P_n}，V^*表示博弈模型處于均衡點時的價格，P^*表示博弈模型處于均衡點時請求用戶對應的功率分配值；

滿足以上條件的博弈均衡點，通過如下方式獲得：首先解決第二階段請求用戶的功率需求問題，獲得各請求用戶最優的功率值P_i^*，然后將其應用于第一階段的定價問題，表示為：

第一階段：第二階段：

對于給定價格V，第二階段存在唯一最優解：

其中g_ci＝ζ_c,i^-α|h₀|²，N₀表示與用戶o復用相同蜂窩用戶資源的D2D用戶集合，ζ_c,i表示D2D發送者c和接受者i間的距離，α表示信道衰減因子，h₀表示瑞利信道系數。

4.根據權利要求3所述一種D2D協作網絡場景下基于社會關系的功率分配方法，其特征在于：步驟4)所述基于步驟3)的Stackelberg博弈模型確定功率分配策略和功率價格，利用拉格朗日乘子法對第一階段進行價格V的求解，建立拉格朗日函數為：

其中λ,μ,ν均為拉格朗日乘子，A和B分別是價格V的上下邊界，P_max表示最大功率值，n表示請求用戶數量；

基于KKT條件，V的最優值由得到，通過計算后表示如下：

λ^t，ν^t，μ^t為經過t次更新后的拉格朗日乘子。

5.根據權利要求1到4任一項所述一種D2D協作網絡場景下基于社會關系的功率分配方法，其特征在于：步驟4)所述確定功率分配策略和功率價格具體的步驟包括：

(1)初始化拉格朗日乘子λ⁰,u⁰,v⁰≥0、以及單位功率價格V⁰和迭代次數t＝0；為步長值；

(2)利用梯度下降法，更新拉格朗日乘子λ^t+1,u^t+1,v^t+1；

(3)利用更新后拉格朗日乘子，得到更新后的V^t+1；

(4)對每一次迭代判斷|V^t+1-V^t|；

(5)如果|V^t+1-V^t|≥ε，ε表示價格增量步長，更新迭代次數t＝t+1，循環進入步驟(2)；

(6)如果|V^t+1-V^t|＜ε，表示達到博弈平衡，故跳出循環，并計算出功率分配對應的向量，即P＝{P₁,P₂,…P_n}。