[发明专利]认知复合无线网络中基于诚实合作的频谱资源分配方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及认知复合无线网络中各个接入网之间频谱资源动态分配方法，可用于满足各个接入网的频谱需求，缓解部分频谱资源过度使用状况。

背景技术

现有通信网络场景中，接入网通过预先规划覆盖范围，根据覆盖范围与相互干扰水平划分操作频段，然后根据操作频段选择无线通信设备，在这种布置方式下，各个接入网及无线通信设备的操作频段在网络建成之后不会发生变化。但是随着无线技术的发展和无线服务的增加，因时间不同地理位置不同服务请求到达不同，存在有些接入网的频谱资源过度使用，而有些接入网的频谱资源未充分利用的问题。

认知无线电最初被提出用来解决提高频谱利用率问题，具有认知功能的无线通信设备按照某种“伺机”(Opportunistic Way)方式工作在已授权的频段内。随着技术发展和进步，认知无线网络、认知网络已成为目前大家关注的课题，认知复合无线网络也成为无线通信网络发展的趋势。在认知复合无线网络场景中，接入网之间动态分配频谱资源，以合理利用频谱资源。

IEEE 1900.4标准提出认知复合无线网络(CWN-Composite Wireless Network)的概念，如图3(a)所示。它由一个核心网和与其连接的多个具备认知重构能力的接入网(RAN-Radio Access Network)构成。在CWN的环境下还提出几个实体，分别是：网络重构管理器NRM(Network Reconfiguration Manager)管理CWN及终端以达到频谱优化利用的目的；OSM(Operator Spectrum Manager)来帮助运营商控制NRM制定的动态频谱分配策略；RMC(RAN Measurement Collector)、RRC(RAN Reconfiguration Controller)与终端等。该标准还定义了三种频谱使用方式：动态频谱分配、动态频谱共享与动态频谱优化利用。其中通过NRM在RAN之间动态分配频谱资源，如图3(b)所示，在满足RAN频谱资源需求的基础上，尽量缓解有些RAN频谱资源过度使用状况。

博弈论被应用到很多资源分配领域，根据参与者相互之间是否达成某种协议，可分为合作博弈和非合作博弈。目前有些频谱分配就是利用非合作博弈技术，接入网从自己利益角度出发选择策略，其对应的纳什均衡解使各个接入网的策略达到均衡，但不能满足帕累托最优(Pareto Optimality)。合作博弈用于频谱分配，其对应的纳什议价解(NBS-Nash Bargaining Solution)满足帕累托最优，比例公平，同时具有单调性，但在合作博弈中接入网之间存在信息不完全状况，导致接入网有动机不诚实参与合作的问题出现，造成频谱部分过度使用部分未充分利用，降低整体效用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种认知复合无线网络中基于诚实合作的频谱资源分配方法，以鼓励合作博弈中接入网之间诚实提供信息，在满足各个接入网频谱需求的基础上尽量缓解频谱过度使用状况，提高整体效用。

本发明所提供的基于诚实合作的频谱资源分配方法，是通过网络重构管理器NRM管理N个具有认知重构能力的接入网RAN，固定时间间隔T进行动态频谱资源分配，具体步骤包括如下：

(1)每个RAN通过认知模块，收集该RAN覆盖区域内的信道状况、终端用户数量和终端业务类型信息，估计该RAN的最小带宽需求，并将该最小带宽需求通知给NRM；

(2)NRM接收到N个RAN的最小带宽需求信息{F₁^min，F₂^min，…，F_N^min}后，根据合作博弈模型及纳什议价解的方法求解RAN的频谱资源带宽F＝{F₁，F₂，…，F_i-1，F_i，F_i+1，…，F_N}：

式中，C为系统总资源带宽；

(3)NRM利用接入网的频谱资源带宽F，按照如下公式计算接入网需要支付的代价p_i：

其中，P为固定值；