[发明专利]基于纳什谈判解的不同谈判能力节点间协作通信方法有效
申请号: | 201510125350.5 | 申请日: | 2015-03-20 |
公开(公告)号: | CN104703226B | 公开(公告)日: | 2018-10-02 |
发明(设计)人: | 刘晓明;王钢;杨文超;于迎新;王海龙;王金龙;周若飞 | 申请(专利权)人: | 哈尔滨工业大学 |
主分类号: | H04W28/16 | 分类号: | H04W28/16 |
代理公司: | 哈尔滨市松花江专利商标事务所 23109 | 代理人: | 杨立超 |
地址: | 150001 黑龙*** | 国省代码: | 黑龙江;23 |
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摘要: | 基于纳什谈判解的不同谈判能力节点间协作通信方法,本发明涉及一种基于博弈论的协作通信方法。为了解决传统的通信方法中存在的本地节点能量的利用率低的问题,本发明节点均采用TDMA的方式分享信道;各个节点分享一部分TDMA时隙来中继一部分协作伙伴的信息;并根据效用函数的定义,得到节点1和节点2进行协作通信最终获得的效用表达式;将无线协作通信系统规划为一个二人谈判的博弈问题,根据二人谈判问题的纳什谈判解,得到唯一的TDMA时隙分享比例(m,n)的值;求解得到(m,n)值,使节点1和节点2对应的二人谈判问题其效用最大化,从而使节点1和节点2分享TDMA时隙来进行协作通信。本发明适用不同谈判能力节点间协作通信。 | ||
搜索关键词: | 基于 谈判 不同 能力 节点 协作 通信 方法 | ||
【主权项】:
1.基于纳什谈判解的不同谈判能力节点间协作通信方法,其特征在于它包括下述步骤:步骤1:建立一个三节点无线协作通信系统模型,包含两个用户节点和一个目的节点AP,两个用户节点记为节点1和节点2,节点1和节点2分别用WHz的带宽传送信息,并且节点1、节点2均采用TDMA的方式分享信道;节点1与节点2选择对方作为协作伙伴,节点1、节点2都根据自己的决定,来分享一部分TDMA时隙来中继一部分协作伙伴的信息;步骤1的实现过程为:节点1、节点2采取AF协作模式并且采用时长为T秒的传输时隙,每一个传输时隙由一帧构成;定义TDMA时隙的长度为T0秒;在一帧中可以传送的TDMA时隙数量为N=T/T0;节点1作为一个中继节点时,节点1愿意分享自己一帧中m比例的TDMA时隙来用于中继从节点2发来的信号,0≤m<1;节点1只能使用N(1‑m)个TDMA时隙来发送自己的数据;节点2愿意分享自己n比例的TDMA时隙用于中继节点1的信息,0≤n<1,同时使用N(1‑n)个TDMA时隙来发送自己产生的信息;对于节点1来说,只有nN个TDMA时隙的信息会被节点2协作中继,在目的节点AP处利用最大比合并,即MRC,与自己直接发送的那部分信息合并,获得协作分集;而其余的N(1‑m‑n)个TDMA时隙的信息只会被直接发送,从而无法获得协作分集;节点2产生的信息所经历的过程与节点1相同;假设节点1和节点2进行中继的时候是“非作弊”的;由此得到,每一个用户节点作为中继时,最多只能中继协作伙伴产生的所有信息数量;即对于节点1有mN≤N(1‑n),对于节点2有nN≤N(1‑m);为了使节点间的协作是有意义的,m和n为非负的,因此,得到
步骤2:根据效用函数的定义,得到节点1和节点2进行协作通信最终获得的效用表达式;步骤2的实现过程为:定义无线通信系统效用函数Ui(·),如(2)
其中,假设在该系统中传送的每一TDMA时隙中数据含有L比特的信息,而经过信道编码的每一TDMA时隙中数据的总大小为M,M>L;当节点i∈(1,2)作为信号发送者时,如果此时的信号发送节点i到相应的信号接收节点的距离为d;定义信噪比为γi=hpi/N0W,其中h为节点间信道增益,pi为节点i的发射功率,N0W为噪声功率值;相应的正确接收概率为f(γi)=(1‑2BERi)M (3)其中,BERi是发射机与接收机间的误比特率,BERi=0.5exp(‑γi/2);在TDMA时隙中数据的总大小M固定时,f(γi)是信噪比γi的函数;首先,假设节点1的发射功率为p1瓦特,则节点1的在整个三节点无线协作通信系统过程中总体效用函数为U1(p1)=U1,D(p1)+U1,AF(p1) (4)其中,U1,D(p1)表示节点1与目的节点AP间直接传输的效用函数,U1,AF(p1)表示采用协作方式经由节点2中继传输的效用函数;直接传输和协作传输的效用函数表示为
γ1,d,γ2,d和γ1,2分别为节点1直接传输到目的节点AP、节点2直接传输到目的节点AP和节点1到节点2的等效信噪比;γ1,AF是采用AF协作模式节点1利用节点2进行中继到目的节点AP的等效信噪比;
根据(4)(5)得到节点1的效用函数表达式:
节点2的效用函数表达式为
其中
步骤3:将无线协作通信系统规划为一个二人谈判的博弈问题,根据二人谈判问题的纳什谈判解,得到唯一的TDMA时隙分享比例(m,n)的值;求解得到(m,n)值,使节点1和节点2对应的二人谈判问题其效用最大化,从而使节点1和节点2分享TDMA时隙来进行协作通信;步骤3的实现过程为:步骤3.1:纳什谈判解NBS函数满足下式
其中,Ui(·)是节点i不参与协作通信的收益;K是谈判人数,即节点个数;当节点1和节点2具有相同谈判能力时,具有一个唯一的NBS,其满足的NBS函数表示为
其中U1(p1)=LNf(γ1,d)/p1T0和U2(p2)=LNf(γ2,d)/p2T0分别是当谈判破裂时节点1和节点2的收益;U1(p1)是关于p1,m,n的函数,记为U1(p1,m,n);U2(p2)是关于p2,m,n的函数,记为U2(p2,m,n);当节点i的效用达不到Ui(pi)时会退出协作;根据效用函数公式,可以得到
同理有
通过求解该二人谈判的纳什谈判解最大值,可以得到
得到该结果的边界条件为f(γ1,AF)f(γ2,AF)>f(γ1,AF)f(γ2,d)+f(γ2,AF)f(γ1,d);步骤3.2:根据节点1和节点2具有相同谈判能力时的二人谈判的纳什谈判解最大值的求解过程,假设节点1的谈判能力为α,节点2的谈判能力为β,且α+β=1;NBS函数满足
相应得到当节点1和节点2具有不同谈判能力时,参与协作的两个用户节点最佳时间信号分配表达式为
(m,n)的取值为当两个节点具有不同谈判能力的时候约束下的最佳协作TDMA时隙分配;求解得到(m,n)值使节点1和节点2对应的二人谈判问题其效用最大化,使节点1和节点2分享TDMA时隙来进行协作通信。
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