[发明专利]一种基于联盟博弈的授权网络和认知网络配对协作方法

说明书

本发明涉及通信方法的技术领域，更具体地，涉及一种基于联盟博弈的授权网络和认知网络配对协作方法，包括划分逻辑信道及用户联盟、授权用户与认知网络用户的配对方案、建立稳定的配对协作博弈模型及配对算法。本发明采用underlay和overlay无线资源共享方式相联合，在保证通信容量的情况下，保证系统的稳定性；相比于牺牲个人利益来最大化系统吞吐量的最优算法，本发明的方法容许认知用户个体自私地选择最大化自身利益的用户组成联盟，从公平和效率的角度来看，本发明能够满足帕累托最优准则的理想状态——在不使参与共享无线资源的认知用户通信容量降低的前提下，某个用户的任何改变都不会使某些认知用户的通信容量提高。

技术领域

本发明涉及通信方法的技术领域，更具体地，涉及一种基于联盟博弈的授权网络和认知网络配对协作方法。

背景技术

近年来，由于频谱资源的有限性，而且大部分频谱已经被分配给授权用户，导致频谱资源匮乏。而大量研究表明，授权频段在大量时间段内是空闲的，未被授权用户使用时，某种意义上是对频谱资源的浪费。为了使这些空闲的频谱资源得到充分的利用，人们提出了认知无线电网络的概念来解决当前频谱利用率的问题。其中我们称授权频段用户为授权用户或主用户，租赁频谱用户为此用户。

实现认知无线网络技术优势的重要基础是无线资源的最优化使用，以实现通信性能效益最大化。在认知无线网络中，由于认知用户的机会接入给授权用户带来一定的干扰和噪声，对其造成不公一直是尚未彻底解决的技术难题。为此，有研究者提出采用博弈论来解决认知无线网络的功率控制和噪声抑制问题。博弈可分为非合作博弈和合作博弈，可以分别应用于集中式和分布式通信系统。在分布式通信系统中，非合作博弈强调的是个人理性、个人最优决策，对于全局来说未必是最优的，因此纳什均衡的结果可能是有效的，也有可能是无效的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于联盟博弈的授权网络和认知网络配对协作方法，采用联盟博弈的方法，引入帕累托最优准则分析方法，有助于提高无线资源分配效率和公平，实现通信网络效益最优化，有利于提高授权和认知用户的联盟收益，促进认知无线网络逐步实现应用推广化。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种基于联盟博弈的授权网络和认知网络配对协作方法，包括以下步骤：

S1.将网络用户以空间相关强弱划分联盟，联盟内用户以underlay的方式共享频谱，联盟间用户以overlay的方式共享无线资源，划分逻辑信道；

S2.基于帕累托最优的稳定配对算法，将授权用户与认知网络用户配对得到可行配对方案集合；

S3.建立稳定的配对博弈模型，基于合作的配对算法分析得到认知网络的稳定配对方案，实现通信容量的最优化。

本发明的基于联盟博弈的授权网络和认知网络配对协作方法，采用underlay和overlay无线资源共享方式相联合，在保证通信容量可接受的情况下，保证了系统的稳定性；稳定算法赋予认知用户与使得其通信容量最大化的用户组成联盟，用户在联盟内的利益大于离开联盟后的利益，充分发挥合作配对的好处；且本发明稳定算法是公平的，相比于牺牲个人利益来最大化系统吞吐量的最优算法，稳定算法容许认知用户个体自私地选择最大化自身利益的用户组成联盟，从公平和效率的角度来看，稳定算法的划分方案是满足帕累托最优准则的理想状态——在不使参与共享无线资源的认知用户通信容量降低的前提下，某个用户的任何改变都不会使某些认知用户的通信容量提高。

优选地，步骤S1中，划分逻辑信道及用户联盟的方法包括以下步骤：

S11.定义网络用户集合为U，考虑联盟u1和u2，u1和u2∈U，其逻辑信道矩阵H可表述为：