[发明专利]一种基于Stackelberg博弈的异构车联网多模通信方法

摘要

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。

主权项

1.一种基于Stackelberg博弈的异构车联网多模通信方法，其特征在于，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：(1)确定所述异构车联网中的车辆用户，预先给出所述异构车联网中选择蜂窝模式、D2D模式、DSRC模式的最优用户分布表示选择蜂窝模式的车辆用户占所有车辆用户的最优比例，表示选择D2D模式的车辆用户占所有车辆用户的最优比例，表示选择DSRC模式的车辆用户占所有车辆用户的最优比例；(2)以基站为领导者，以基站覆盖范围内的车辆用户为跟随者，构建动态Stackelberg博弈模型，基站根据车辆用户UE当前选择的通信模式计算对于各个通信模式的定价，并向全网广播；车辆用户UE根据基站BS广播的定价信息和网络中其他车辆用户UE选择的通信模式计算自身收益，并选取通信模式，基站与车辆用户之间通过博弈实现最优用户分布博弈的过程为：(2‑1)设置博弈时长为T，在时间段[0，T]内参与博弈的车辆用户不变；基站采用分布式用户控制模式方法，将时间段[0，T]离散为n个决策时间点，记第j个决策时间点为t_j；(2‑2)初始化t＝0时基站向覆盖范围内所有车辆用户广播的初始定价为P(t＝0)＝{P_C0，P_D0，P_DS0}；P_C0、P_D0、P_DS0分别表示运营商给出的蜂窝模式、D2D模式、DSRC模式的初始定价：每个用户m随机选择一种通信方式i，并计算自身收益：其中，x(t)＝{x_i(t)}，x_i(t)表示在时刻t采用通信模式i的车辆用户占所有车辆用户的比例，i∈S，S＝{C，D，DS}，C表示蜂窝模式，D表示D2D模式，DS表示DSRC模式；表示速率效用，α为常数，τ_i(x(t)，P(t))为根据反馈信道得出的吞吐量；之后，车辆用户将自身收益和选择的模式发送给基站；(2‑3)在每一个决策时间点t_j，基站根据决策时间点t_j‑1时所有车辆用户选择的通信模式和收益，计算决策时间点t_j‑1的车辆用户的平均收益以及，通过求解问题模型得到决策时间点t_j的定价P(t_j)；基站将和P(t_j)广播；其中，表示基站运营商的瞬时利润，每个车辆用户m，根据决策时间点t_j‑1时的自身收益与接收到的平均收益重新选择通信模式，选择的方法为：若满足则随机选择另一个通信模式i′；若则车辆用户m仍保持通信模式i；然后，车辆节点m根据新的定价P(t_j)重新计算自身收益W_m(t_j)，并将当前所选择的通信模式和自身收益发送到基站；(2‑4)重复步骤(2‑3)，直至各车辆用户选择的通信模式的分布情况不再改变或已经遍历n个决策点。