一种矿井下认知无线电系统中价格博弈的频谱分配方法技术方案

一种矿井下认知无线电系统中价格博弈的频谱分配方法，涉及一种矿井下认知无线电系统中价格博弈的频谱分配技术，为了解决在把授权用户空闲的频谱资源出租给其他认知用户时，煤矿井下认知无线电频谱的利用率低的问题。本发明专利技术的分配方法为：建立差异博弈模型，初始化参数，根据信道状态和信道成本，确定信道的初始价格，得出两部分频谱需求函数，得到授权用户两部分频谱的成本函数，得到授权用户的频谱利润函数，如果利润值趋于稳定，对价格进行t阶求导，推导出t+1阶段频谱共享价格，使得利润值趋于稳定。有益效果为提高了煤矿井下认知无线电频谱的利用率，使得授权用户得到更大的收益，并且提高通信性能。

A spectrum allocation method for price game in a mine underground cognitive radio system

A method of spectrum allocation in cognitive radio system under the mine price game in the game, relates to a price system under mine in the cognitive radio spectrum allocation technology, in order to solve the spectrum resource rent free authorized users to other cognitive users, low utilization rate of coal mine can know the radio spectrum problem. The distribution method of the invention is: to establish difference game model, initialization parameter according to the channel state and the channel cost, determine the initial price of the channel, the two part of the spectrum demand function, get the cost function of the authorized user two parts of the spectrum, the spectrum of profit function of authorized users, if the profit value tends to be stable, t derivative of price, share price t+1 spectrum is derived, the value of profit tends to be stable. The beneficial effect is to improve the utilization rate of cognitive radio spectrum in coal mine, make the authorized user get more profit and improve the communication performance.

【技术实现步骤摘要】
一种矿井下认知无线电系统中价格博弈的频谱分配方法
本专利技术涉及一种矿井下认知无线电系统中价格博弈的频谱分配技术。
技术介绍
随着我国对煤矿生产安全要求的不断提高，井下高效可靠的通信技术在煤矿工业中的地位越来越高。因此，井下通信技术越来越受到有关方面的重视。井下通信技术的成熟与发展，为煤矿产业提供了有力的保障。特别是近几年煤炭企业频繁发生重大安全生产事故，给国家和人民带来巨大旳生命财产损失，政府和企业共同将煤矿安全生产的信息化工作提到空前的高度。从数字矿山到智慧矿山的过渡，煤矿企业的通信系统经过多年建设和发展，取得了较大的成就，但成熟的井下通讯解决方案仍然不多，较长的分支巷道更是成为通信的盲区，矿井工作人员对无线数据通信要求的迫切，井下生产数据的上报等都显示出井下通信的特殊性和重要性。为了保证煤矿的安全生产，矿井通信的畅通与应急通信保障是首先需要解决的问题。尽管在JoesephMitolaIII提出认知无线电以后，国外每年与认知无线电相关的文献加速增长，但是，对于如何将认知无线电可以频谱共享的优点用于煤矿通信、使设备自适应通信的问题，进行有效的无线通信是非常必要的。在矿井隧道中，煤矿监测监控信号通常会因为恶劣的传输条件而中断，认知无线电系统可以在煤矿的信道中进行频谱共享，在这样的隧道环境中，可以利用认知无线电设备对通信参数进行实时感知，采用频谱共享技术，让设备及时响应环境变化，保持通信系统的时刻畅通。在采煤工作面，随着采煤机的推进割煤的影响，无线环境的空间几何形状在不断变化，其无线信道特性也在不断变化，传统的单一信道链路质量极为不稳定易造成通信中断。具有智能感知无线通信环境并实时选择最优通信信道的认知无线电在煤矿井下的应用能最大程度地保证重要系统如煤矿井下无线应急保障系统的正常通信.在实际的认知网络中，如果授权用户的频谱资源是空闲的，那么就可以把这些空闲的频谱资源出租给其他用户，这样就可以得到更大的收益，在授权用户系统中，频谱共享问题与频谱定价问题往往联系在一起考虑。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决在把授权用户空闲的频谱资源出租给其他认知用户时，煤矿井下认知无线电频谱的利用率低的问题，提出了一种矿井下认知无线电系统中价格博弈的频谱分配方法。本专利技术所述的一种矿井下认知无线电系统中价格博弈的频谱分配方法，该分配方法是通过以下步骤实现的：步骤一、建立差异博弈模型，所述差异博弈模型将授权用户的频谱分为两个状态等级，该两个状态等级分别为：状态高频谱和状态低频谱；步骤二、初始化参数；步骤三、根据信道状态和信道成本，确定信道初始的价格；步骤四、分别确定出状态高频谱的需求函数和状态低频谱的需求函数；步骤五、利用状态高频谱的需求函数和状态低频谱的需求函数分别确定出状态高频谱的成本函数和状态低频谱的成本函数；步骤六、根据公式一和公式二分别得到授权用户的状态高频谱利润和授权用户的状态低频谱利润；如果通过迭代计算得到的利润值趋于稳定，转到步骤七，否则转到步骤四；所述公式一为：；其中，Rg为授权用户的状态高频谱利润函数，α为边际系数，N为认知用户数，q为信道状态参数，g代表的状态为高，d代表的状态为低，qg信道状态高参数，qd信道状态低参数，j为信道的初始价格，jg为信道状态高的初始价格，jd为信道状态低的初始价格，为偏好参数的所属区间的上限，为偏好参数的所属区间的下限；所述公式二为：；其中，Rd为授权用户的状态低频谱利润函数；步骤七、分别将授权用户的状态高频谱利润函数和授权用户的状态低频谱利润函数对信道的当前价格进行t阶求导，并根据t阶求导结果迭代出t+1阶段的信道价格，当通过迭代计算得到的信道价格值趋于稳定，信道的当前价格作为频谱共享价格；所述t+1阶段频谱共享价格公式为：其中，k为速率调整参数，μ为授权用户的状态，t为迭代的次数，t为正整数。本专利技术的有益效果是通过本专利技术所述的频谱分配方法，提高了煤矿井下认知无线电频谱的利用率，并通过该分配方法了解到煤矿井下认知无线电频谱的利用率与速率调整参数的关系，并且当速率调整参数超过一定范围后，系统可能会不稳定，即无法使利益趋于稳定，从而使得授权用户得到更大的收益，并且提高通信性能。附图说明图1为具体实施方式一中差异博弈模型的模型图；图2为具体实施方式一中k＝0.008，α＝0.12时系统利润与博弈次数关系的示意图；图3为具体实施方式一中k＝0.008，α＝0.12时信道价格与博弈次数关系的示意图；图4为具体实施方式一中k＝0.01，α＝0.12时系统利润与博弈次数关系的示意图；图5为具体实施方式一中k＝0.01，α＝0.12时信道价格与博弈次数关系的示意图；图6为具体实施方式一中k＝0.006，α＝0.18时系统利润与博弈次数关系的示意图；图7为具体实施方式一中k＝0.006，α＝0.18时信道价格与博弈次数关系的示意图；图8为具体实施方式一中k＝0.006，α＝0.22时系统利润与博弈次数关系的示意图；图9为具体实施方式一中k＝0.006，α＝0.22时信道价格与博弈次数关系的示意图；图10为具体实施方式一中调整速率k与博弈次数的关系示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种矿井下认知无线电系统中价格博弈的频谱分配方法，该分配方法是通过以下步骤实现的：步骤一、建立差异博弈模型，所述差异博弈模型将授权用户的频谱分为两个状态等级，该两个状态等级分别为：状态高频谱和状态低频谱；步骤二、初始化参数；步骤三、根据信道状态和信道成本，确定信道初始的价格；步骤四、分别确定出状态高频谱的需求函数和状态低频谱的需求函数；步骤五、利用状态高频谱的需求函数和状态低频谱的需求函数分别确定出状态高频谱的成本函数和状态低频谱的成本函数；步骤六、根据公式一和公式二分别得到授权用户的状态高频谱利润和授权用户的状态低频谱利润；如果通过迭代计算得到的利润值趋于稳定，转到步骤七，否则转到步骤四；所述公式一为：；其中，Rg为授权用户的状态高频谱利润函数，α为边际系数，N为认知用户数，q为信道状态参数，g代表的状态为高，d代表的状态为低，qg信道状态高参数，qd信道状态低参数，j为信道的初始价格，jg为信道状态高的初始价格，jd为信道状态低的初始价格，为偏好参数的所属区间的上限，为偏好参数的所属区间的下限；所述公式二为：；其中，Rd为授权用户的状态低频谱利润函数；步骤七、分别将授权用户的状态高频谱利润函数和授权用户的状态低频谱利润函数对信道的当前价格进行t阶求导，并根据t阶求导结果迭代出t+1阶段的信道价格，当通过迭代计算得到的信道价格值趋于稳定，信道的当前价格作为频谱共享价格；所述t+1阶段频谱共享价格公式为：其中，k为速率调整参数，μ为授权用户的状态，t为迭代的次数，t为正整数。在本实施方式中，从矿井下空闲频谱通信状态的不同，在授权用户系统中，频谱共享问题与频谱定价问题往往联系在一起考虑，合理对频谱进行差异定价，授权用户能够得到更大的收益，提高通信性能。授权用户工作在不同的频段上，认知用户通过感知结果及自身通信需求，选择接入授权用户哪个频段；为了方便研究，建立差异博弈模型，差异博弈模型如图1所示，将一个授权用户的频谱划分为两个状态等级，分别为状态高频谱及状态低频本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种矿井下认知无线电系统中价格博弈的频谱分配方法，其特征在于，该分配方法是通过以下步骤实现的：步骤一、建立差异博弈模型，所述差异博弈模型将授权用户的频谱分为两个状态等级，该两个状态等级分别为：状态高频谱和状态低频谱；步骤二、初始化参数；步骤三、根据信道状态和信道成本，确定信道初始的价格；步骤四、分别确定出状态高频谱的需求函数和状态低频谱的需求函数；步骤五、利用状态高频谱的需求函数和状态低频谱的需求函数分别确定出状态高频谱的成本函数和状态低频谱的成本函数；步骤六、根据公式一和公式二分别得到授权用户的状态高频谱利润和授权用户的状态低频谱利润；如果通过迭代计算得到的利润值趋于稳定，转到步骤七，否则转到步骤四；所述公式一为：

【技术特征摘要】
1.一种矿井下认知无线电系统中价格博弈的频谱分配方法，其特征在于，该分配方法是通过以下步骤实现的：步骤一、建立差异博弈模型，所述差异博弈模型将授权用户的频谱分为两个状态等级，该两个状态等级分别为：状态高频谱和状态低频谱；步骤二、初始化参数；步骤三、根据信道状态和信道成本，确定信道初始的价格；步骤四、分别确定出状态高频谱的需求函数和状态低频谱的需求函数；步骤五、利用状态高频谱的需求函数和状态低频谱的需求函数分别确定出状态高频谱的成本函数和状态低频谱的成本函数；步骤六、根据公式一和公式二分别得到授权用户的状态高频谱利润和授权用户的状态低频谱利润；如果通过迭代计算得到的利润值趋于稳定，转到步骤七，否则转到步骤四；所述公式一为：；其中，Rg为授权用户的状态高频谱利润函数，α为边际系数，N为认知用户数，q为信道状态参数，g代表的状态为高，d代表的状态为低，qg信道状态高参数，qd信道状态低参数，j为信道的初始价格，jg为信道状态高的初始价格，jd为信道状态低的初始价格，为偏好参数的所属区间的上限，为偏好参数的所属区间的下限；所述公式二为：；其中，Rd为授权用户的状态低频谱利润函数；步骤七、分别将授权用户的状态高频谱利润函数和授权用户的状态低频谱利润函数对信道的当前价格进行t阶求导，并根据t阶求导结果迭代出t+1阶段的信道价格，当通过迭代计算得到的信道价格值趋于稳定，信道的当前价格作为频谱共享价格；所述t+1阶段频谱共享价格公式为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢玉鹏，赵志信，杨庆江，时颖，谢雪冬，
申请(专利权)人：黑龙江科技大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23