[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

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。

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。