[发明专利]双重信息非对称环境下基于信息监督的协作通信激励方法

权利要求书

1.双重信息非对称环境下基于信息监督的协作通信激励方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1，通过将协作通信网络映射成劳动力市场，通过引入监督节点，建立中继节点、监督节点和源节点模型；

其中，建立中继节点模型实现过程包括：

由于第i个中继节点协作中继努力e_i，源节点所获得的可用收益为π_i＝θ_ie_i+δ，其中θ_i为中继节点的私有信息，即每单位中继努力所产生的收益，δ是服从正态分布的随机变量δ～N(0,σ²)；

采用线性共享策略，第i个中继节点所获得的报酬w_i可表示为w_i＝α_i+β_iπ_i，其中，α_i为其固定报酬，β_i∈[0,1]是该节点的提成比例；

由于中继节点付出的努力越大，他所付出的中继成本C_i(e_i)也越大，并且，中继成本会随着付出努力的增大而增大，于是，C_i′(e_i)0 and C_i″(e_i)0，中继成本C_i(e_i)可简单表示为其中，c_i为第i个中继节点的中继系数以描述中继传输信息，包括中继信道状态或电池性能；

于是，第i个中继节点的收益可定义为其数学期望和方差分别为和

假设每个中继节点具有绝对的风险厌恶偏好，那么，其负指数效益函数可定义为其中，ρ表示中继节点的Arrow-Pratt绝对风险厌恶程度，ρ越大，中继节点越害怕风险，0≤ρ≤1，于是，基于上述假设，第i个中继节点的期望效益为

建立监督节点模型实现过程包括：

假设源节点雇佣监督节点监测中继节点的协作行为，采用线性支付策略(u,v)，则监督节点的效用可定义为：

其中，u为监督节点的基本工资，v∈[0,1]为该节点的提成比例；

建立源节点模型实现过程包括：

考虑到监督节点的监测行为和中继节点的协作行为，源节点的效用可表示为：

其中，u₀为源节点直接通信所获得的效用；

步骤2，在此基础上，考虑到源节点雇佣监督节点监测中继节点的协作信息，只需设计合适的契约以解决道德风险问题，建立基于契约理论的三阶段Stackelberg博弈模型：在第一阶段，源节点向监督节点提供契约条款，以获得自身效用最大化，在第二阶段，监督节点向中继节点提供契约条款以获得自身效用最大化，在第三阶段，中继节点选择合适的中继努力以获得自身效用最大化；通过设置契约条款，在满足源节点和监督节点的效用最大化的情况下，所选择的中继节点，就是最优的中继节点，从而有效地规避契约签订后中继节点私有行为引起的道德风险问题，保证协作通信的实现；

其中，所述中继节点私有行为，所采取的实现过程包括：

假设中继节点的私有信息θ_i在Θ∈[θ_L,θ_H]范围内随机分布，其概率密度函数为f_i(θ_i)，分布函数为F_i(θ_i)，其中θ_Lθ_H，f_i(θ_i)0，为了方便后续计算，令

协作通信激励第三阶段契约设计实现过程包括：

由于监督节点知道中继节点的中继信息，监督节点提供给第i个中继节点的契约条款为(α_i,β_i)，于是，第i个中继节点在付出中继努力eⁱ后获得的效用为

为了确保中继节点接收契约以获得自身效用最大，契约条款需满足以下激励相容IC约束条件：

由上述IC条件，可得到最优的协作中继努力于是，第i个中继节点的效用可简化为

协作通信激励第二阶段契约设计实现过程包括：

在第二阶段，在给定源节点报酬(u,v)和中继节点协作努力的前提下，监督节点的效用可简化为：

监督节点需提供给中继节点的契约(α_i,β_i)产生的回报要高于其保留效用即设计的契约要满足下面的个人理性IR条件：

于是，第二阶段契约设计优化问题为：在满足中继节点IC和IR约束条件下，监督节点效用的最大化：

由于监督节点的效用是α_i的减函数，中继节点的效用是α_i的增函数，因此，降低α_i可提高监督节点的效用，得知最优的固定报酬

于是，监督节点的效用最大化问题可简化为

由于和因此，监督节点提供给中继节点最优的契约条款为

于是，在中继节点最优协作努力时，中继节点的优化效用为监督节点的最优效用为

协作通信激励第一阶段契约设计实现过程包括：

在上述两个阶段基础上，源节点效用可简化为：

源节点需提供给监督节点的契约(u,v)产生的回报要高于其保留效用即设计的契约要满足下面的IR条件：

于是，源节点的效用最大化问题为：在满足监督节点IR约束条件下，源节点效用的最大化：

由于是u的增函数而U_S是u的减函数，因此，要获得最大的源节点效用，必须减少u，但至少要使得监督节点获得保留效用于是，最优的固定报酬

于是，第一阶段的契约设计问题可简化为

由于和可得到最优的契约条款：

所述基于契约理论的三阶段Stackelberg博弈模型的最优契约设计如下：

第一阶段：v^*＝1，

第二阶段：

第三阶段：

中继节点最优效用：

监督节点最优的期望效用：

源节点最优的期望效用：