[发明专利]认知网络中一种真实的利益最大化的异质频谱双向拍卖机制

说明书

技术领域

本发明公开了认知网络中一种真实的利益最大化的异质频谱双向拍卖机制，主要 用于解决当前无线通信中的频谱资源日益短缺而频谱利用率又相当低下的问题，属于认知 无线电中的频谱共享领域。

背景技术

在日趋复杂的电磁环境下，无线通信网络面临着诸多挑战。用户数量的日趋庞大， 服务类型的多样化，单一的无线通信技术已经不能满足数据业务和语音业务的需求。以频 谱为代表的无线资源是一种稀缺的资源，而用户想方设法更好的利用频谱资源。认知无线 电技术为上述问题提供了一种解决方案。自认知无线电概念提出以来，受到业界人士、标准 组织、研究机构及政策部门的广泛关注，并展开了大量的研究，比如FCC、英国Ofcom办公室、 IEEE802.16工作组和IEEE802.22工作组等。在我国，国家自然科学基金重点项目群和国 家863计划项目已先后立项，许多大学和企业机构已开展了针对认知无线网络的相关技术 研究与开发。图1是认知无线网络的一个基本结构图。认知网络中一个重要的研究点就是频 谱共享技术，目前经济理论中的拍卖机制已经被广泛的应用到了频谱共享中。

频谱共享中拍卖机制的设计的核心问题是解决频谱复用问题以及保证整个拍卖 机制具有良好的经济性质。目前的研究内容主要包含静态同质频谱单向拍卖，静态同质频 谱双向拍卖，静态异质频谱单向拍卖，静态异质频谱双向拍卖，动态频谱拍卖等。其中，单向 拍卖和双向拍卖的差异主要在于是否有多个卖家参与拍卖。(Zhou，Xia，andH.Zheng. “TRUST：AGeneralFrameworkforTruthfulDoubleSpectrumAuctions.” Proceedings-IEEEINFOCOM(2009)：999-1007.)在2009年最先提出了一种静态同质频谱双 向拍卖的机制，并且证明了该机制的真实性。频谱的异质性主要体现在频谱的频率，传输范 围，位置等等属性上。静态拍卖是指在拍卖开始时买家和卖家的信息均已确定，通常以一轮 出价来决定最后的拍卖赢家以及市场出清价格。而动态拍卖则是在拍卖的过程中还有有新 的买家加入拍卖，整个拍卖是一个持续性的过程，可能会涉及到多轮的出价。拍卖的模型也 有多种，比如每个卖家出售一条信道每个买家购买一条信道的单一货物拍卖，也有每个卖 家出售多条信道且每个买家可以购买多条信道的组合拍卖。(X.Feng，Y.Chen，J.Zhang， Q.Zhang，andB.Li，``TAHES：ATruthfulDoubleAuctionMechanismfor HeterogeneousSpectrums，″IEEETransactionsonWirelessCommunications，vol.11， no.11，pp.4038-4047，Nov.2012.)在2012年首次提出了一种针对异质频谱的真实的双向拍 卖机制，该机制主要解决了如何在频谱拍卖中处理频谱异质性的问题，但该文献没有考虑 到拍卖者的收益，而且还是使用传统的干扰图方式，效率相对低下。

频谱拍卖中，为了解决频谱复用问题，一般会先对买家进行分组，分组的方式可以 分为多种，最常见的是基于干扰图来分组。然后会把分组后的每一组看作是一个买家，采用 某种算法计算出每一组的出价后，把所有的组作为拍卖的买家，来进行一场拍卖，最终决定 市场出清价格和频谱分配方案。

频谱拍卖机制设计的另一个重要问题就是要保证整个机制的真实性。真实性是指 参与拍卖的用户不能通过谎报他们的真实估价来获取更高的利益。传统拍卖机制直接运用 到频谱拍卖中就会出现违背真实性的问题，因此目前的研究中大多数会对传统拍卖机制进 行一些修改来使得整个拍卖是真实的。

发明内容

[发明目的]：本发明主要解决如何高效地分配频谱资源的问题，通过引入拍卖机 制，在实现合理分配频谱的同时提高了拍卖组织者获取的利益。

[技术方案]：本发明设计时主要考虑以下问题：

1)考虑频谱的异质性；

2)基于用户的SINR约束实现频谱的空间复用；

3)在没有先验知识的条件下尽可能最大化拍卖组织者的利益。

4)保证了整个机制的真实性

为解决上述问题，整个机制设计流程如图2所示，核心可以分为以下四个步骤：

步骤1：基于SINR约束对用户进行分组，实现频谱复用；