[发明专利]一种基于Stackelberg博弈的异构车联网多模通信方法

说明书

本发明提出一种基于Stackelberg博弈的异构车联网多模通信方法，为实现高吞吐量和低成本的车辆通信提供了一个高效的解决方案，该方法包括步骤：基于基站(BS)和车辆用户设备(UE)，建立动态的Stackelberg博弈模型；将车辆用户的自适应模式选择构造为一个跟随者进化博弈，并构建一个进化稳定策略(ESS)作为解决方案；BS对三种通信模式的价格进行动态调控，构造为一个领导者的最优控制问题，从而作为一种有效的激励机制，可以使用户分布接近ESS，即近似达到最优分布。相比于传统的车间通信模式，本发明能够最大程度地提高车辆间通信的吞吐量、降低成本，提高频谱利用效率。

技术领域

本发明涉及异构车联网通信领域，尤其是一种基于Stackelberg博弈的异构车联网多模通信方法。

背景技术

由于车辆的高速移动性和车联网的拓扑结构动态可变性，单一的无线通信网络，不能完全满足智能交通系统服务的通信质量要求，采用异构车联网有利于提高信息交互的实时性、提高通信服务质量。

设备对设备通信技术(D2D)是未来无线网络中一种很有前途的附加组件，可以提高频谱效率，改善用户体验，提供局域网服务。三种模式(蜂窝模式、复用模式、专用模式)可用于D2D通信。利用专用短程通信(DSRC)技术也能够实现车辆与车辆、车辆与基础设施等之间的通信连接与信息交互。

基于最大程度地提高车辆间通信的吞吐量、降低成本，提高频谱利用效率的考虑，本发明独创性地提出了构建传统蜂窝模式、D2D模式、DSRC模式相结合的异构车联网。

在本异构车联网中，车辆可以选择蜂窝模式、D2D模式、DSRC模式之一进行通信，并根据性能和成本动态地调整模式选择。这就是用户控制模式选择问题。另外，基站(BS)需要调控三种模式接入的价格，为通信模式进行频谱划分。一方面，使BS收益最大化的最优频谱划分依赖于用户模式选择(即选择不同通信方式的用户数量分布)。另一方面，频谱划分直接影响用户分布。

对于上述车辆的动态模式选择问题，本发明建立动态的Stackelberg博弈框架，并采用了模仿者动态模型作为解决方案。

博弈论作为经济学领域的一个重要分支在解决资源调度问题方面具有独特的优势，近年来在无线通信领域得到了日益广泛应用，在处理两个相互矛盾的目标上有着其独特的优势。Stackelberg leadership model是经济学中双寡头模型之一。它在1934年出版的″Marktform und Gleichgewicht″中被阐述。在博弈中的两个参与者分别是leader和follower，它们进行的是数量竞争。leader先行选择产量，follower观察到leader的选择后再作选择。在进化博弈理论中应用最多的是由Taylor and Jonker(1978)提出的模仿者动态(Replicator Dynamics)模型。参与人常常会模仿好的策略而不好的策略则会在进化过程中淘汰，参与人的决策不是通过迅速的最优化计算得到，而是需要经历一个适应性的调整过程，在此过程中参与人会受到其所处环境中各种确定性或随机性因素影响，动态均衡概念及动态模型在进化博弈理论中占有相当重要的地位。

发明内容

发明目的：为弥补现有技术的空白，本发明提出一种基于Stackelberg博弈的异构车联网多模通信方法。

技术方案：本发明提出的技术方案为：

一种基于Stackelberg博弈的异构车联网多模通信方法，所述异构车联网包括基站和基站覆盖范围内的M个车辆用户，各车辆用户分别从蜂窝模式、D2D模式、DSRC模式中选择一种通信模式与基站通信；

该方法包括步骤：