一种基于博弈论的多接入带宽分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于博弈论原理的多接入带宽分配方法，该方法考虑异构无线网络中处于多个网络重叠覆盖区域中的用户可以同时选择接入多个网络，并以最大化用户收益函数为目标，实现了用户的多接入带宽分配。具体步骤如下：对系统区域进行划分，并根据用户所处的位置信息判断各个用户所处的区域，得到每个用户的可接入网络，再对各个用户获得不同网络的信噪比进行计算，设计和吞吐量有关并且满足凹函数特性的效用函数，用户根据网络中当前时刻其他用户的带宽请求策略调整用户自身带宽请求策略，最大化自身收益。当网络中任何一个用户都不能通过单方面改变自身策略获得收益的提高时，即达到纳什均衡，此时每个用户得到收益的最大值。

【技术实现步骤摘要】
一种基于博弈论的多接入带宽分配方法
本专利技术属于通信
，涉及一种基于博弈论的多接入带宽分配方法。
技术介绍
近年来，随着无线通信技术的迅猛发展，下一代无线网络将是由多种无线接入技术共同组成的异构无线网络，它们在容量、接入速率和覆盖范围上各不相同，存在较大的差异性。异构网络环境为用户能够得到更好的服务提供了可能，用户不再只能单一的选择某个网络，而是可以根据自身情况选择合适的单个或多个网络。由于多模终端的出现，在下一代无线网络中终端将可以同时接入多个不同的网络(如UMTS和WLAN)，多种技术的融合能够给用户提供更好更优质的服务，因此用户如何选择所接入的网络和如何分配不同网络的资源成为研究的一个重要问题。目前对异构无线网络下用户如何选择接入的网络和接入网络后的资源分配问题大致可以分为多属性决策类，效用函数类和博弈论方法类。多属性决策方法考虑网络的多个属性值，根据用户偏好或者业务需求等考虑不同属性值的不同权重，并对不同属性值进行加权得到最终结果，选取最优的网络进行接入。效用函数和博弈论方法可以相互结合确定网络选择的结果。博弈论方法包含三要素，即博弈参与者、策略集合和收益。博弈论方法用于解决网络选择问题时通常有以下方面：1)网络和网络之间博弈；2)网络和用户之间博弈；3)用户和用户之间博弈。以往的采用博弈论原理解决网络选择和带宽分配的算法大多不考虑用户个体的差异性，而是将所用用户作为相同的个体进行考虑，而实际情形中不同用户之间的差异性是普遍存在的，无论是在业务需求、地理位置还是QoS服务质量需求方面，不同的用户都会存在差异性。同时随着移动通信技术的迅速发展，异构网络必将成为下一代移动通信的主流，在异构无线网络环境下，用户所处区域内会覆盖存在多种不同的网络，从而用户可选择的网络增加，不再局限于单一网络的选择，而是可以更加广泛的选择多个网络进行接入，实现多流并发提高自身的QoS质量。而现有网络选择和资源分配局限于单一网络的选择，对多接入算法的研究还很欠缺。本专利技术将博弈论原理应用到异构无线网络的带宽分配和网络选择中，同时将用户所处位置信息的不同进行考虑，不再将用户作为相同的个体进行考虑，对用户可以同时接入多个网络的情形进行考虑，通过设计合理的收益函数，对用户间的非合作博弈进行建模，最终求解纳什均衡得到最终的带宽请求策略和接入的网络。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提供一种可以有效均衡负载，提高网络方收益，最大化用户收益，提高资源效用的基于博弈论的多接入带宽分配方法。技术方案：本专利技术的基于博弈论的多接入带宽分配方法，包括以下步骤：1)确定每个用户的可接入网络集合：首先根据网络间的交叉重叠，将异构无线网络环境划分为包括非重叠区域在内的A个区域；接着根据用户所处位置信息计算每个区域中的用户个数na，a＝1,2,3...,A，且其中a代表区域编号，A为系统中的区域总数，n为系统中的用户总数；然后确定每个区域中所有用户的可接入网络：将区域中覆盖的网络作为该区域中用户的可接入网络，并用1,2,...,mi对用户i的可接入网络进行编号，其中mi代表用户可接入网络的总数；2)计算系统中每个用户获得可接入网络的接收信噪比Sij：根据用户i接收到的可接入网络j的接收信号强度Pij，计算其获得可接入网络j的接收信噪比其中i为用户编号，j为可接入网络编号，N为信道噪声功率；3)构建用户的收益函数：首先根据下式计算每个用户获得所有可接入网络的吞吐量带来的效用：其中，mi代表用户i的可接入网络数量，代表用户i获得的总吞吐量，Tij代表用户i获得网络j的吞吐量，根据公式Tij＝bijlog2(1+Sij)计算得到，bij代表用户i向可接入网络j请求接入的带宽策略；然后根据下式计算每个可接入网络的单位带宽定价方案pj：其中Bj为网络j拥有的总带宽，为网络j已经被占用的带宽，kj为网络j的价格因子,Lj为网络j中接入的用户数；再根据下式计算得到每个用户i需要付出的代价Ci：最后根据下式计算得到每个用户的收益函数Ui(bi,b-i)：4)对系统中每个用户向每个可接入网络请求的带宽策略进行迭代调整，将最大收益时的带宽策略作为最终的带宽分配方案，具体步骤如下：a)对每个区域中的每个用户的带宽请求策略进行初始化：令初始时刻t＝0，区域a中每个用户在初始时刻向可接入网络j请求的接入带宽策略为bij(t)＝0；b)根据下式分别计算下一时刻每个用户向可接入网络j请求的接入带宽策略，然后令t＝t+1：进行迭代，其中δ是收敛速度调整参数；c)判断是否系统中所有用户是否均满足以下条件：用户向其每个可接入网络请求的带宽策略都满足条件|bij(t+1)-bij(t)|<ε，其中ε为最终确定的带宽策略允许的误差范围；如是，则进入步骤d)，否则返回步骤b)；d)将最后更新得到的每个用户向所有可接入网络请求的带宽策略，作为最终的带宽分配方案。本专利技术将博弈论原理应用到多接入带宽分配当中，将用户之间对网络有限带宽资源的竞争模拟为非合作博弈，用户之间的策略相互影响，在不断的调整迭代中用户最终确定接入的网络和向网络请求的带宽资源。同时考虑不同位置情况下用户获得相同带宽得到收益的差异性，使得该带宽分配方法更符合实际场景，而且多接入概念的引入也使得网络资源的利用更加合理。在考虑网络方的定价方案时，网络方定价与当前系统被占用数量有关，可以有效均衡负载，提高网络方收益。从用户收益角度出发可以最大化用户收益，提高资源效用。有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1.将博弈论原理应用到网络的资源分配问题中，将不同用户对网络有限资源的竞争模拟为非合作博弈过程，同时在网络定价上采用可变价格，其定价与网络被占用资源密切相关，是一个与网络总带宽和被占用带宽比值有关的量，随着网络资源的占用情况的变化而变化，这样可以有效均衡不同网络间的负载状况，同时提高网络方的收益和资源利用率。用户在不断调整自身策略的过程中得到最终向不同网络请求的带宽分配，与此同时也实现了网络选择。2.考虑一个用户在同一时刻可以同时接入多个网络的多接入情景，对多流并发进行了研究，使得用户对资源的利用更加合理，在提高整个系统的性能的同时也提高了用户自身性能。3.在博弈的过程中考虑了不同用户的差异性，将用户位置信息考虑在内，考虑不同位置用户由于所处位置不同所在信道状况也不同，因而相同带宽对不同用户得到的收益也不相同，这样考虑更加符合实际情况，也更具有普遍适用性。附图说明图1为本专利技术方法的流程示意图。图2为系统中共存在3个网络情况下的系统图。具体实施方式下面通过实施例对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术的基本思路是将博弈论原理应用到解决异构无线网络的多接入带宽分配问题中，首先对用户之间的竞争关系进行建模，建立用户竞争网络带宽资源的非合作博弈模型，然后为用户构建合理的效用函数，并对效用函数进行求解，得到各个用户最大化效用函数的纳什均衡解，此解即作为各用户最终的带宽请求策略，在此策略下任何用户都不可以通过单方面改变策略来提高自身收益。用户在进行带宽分配的过程中最终确定接入的网络，从而也完成了网络的选择。采用博弈论原理的多接入带宽分配方法的总体流程图见附图1。本专利技术的基于博弈论的多接入带宽分配方法，包括以下步骤：1)确定每本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于博弈论原理的多接入带宽分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1）确定每个用户的可接入网络集合：首先根据网络间的交叉重叠，将异构无线网络环境划分为包括非重叠区域在内的A个区域；接着根据用户所处位置信息计算每个区域中的用户个数na，a＝1,2,3...,A，且其中a代表区域编号，A为系统中的区域总数，n为系统中的用户总数；然后确定每个区域中所有用户的可接入网络：将区域中覆盖的网络作为该区域中用户的可接入网络，并用1,2,...,mi对用户i的可接入网络进行编号，其中mi代表用户可接入网络的总数；2）计算系统中每个用户获得可接入网络的接收信噪比Sij：根据用户i接收到的可接入网络j的接收信号强度Pij，计算其获得可接入网络j的接收信噪比其中i为用户编号，j为可接入网络编号，N为信道噪声功率；3）构建用户的收益函数：首先根据下式计算每个用户获得所有可接入网络的吞吐量带来的效用：ui=ln(1+Σj=1miTij),]]>其中，mi代表用户i的可接入网络数量，代表用户i获得的总吞吐量，Tij代表用户i获得网络j的吞吐量，根据公式Tij＝bijlog2(1+Sij)计算得到，bij代表用户i向可接入网络j请求接入的带宽策略；然后根据下式计算每个可接入网络的单位带宽定价方案pj：pj=kjBjBj-Σl=1Ljblj,Bj>Σi=1Ljblj∞,else,]]>其中Bj为网络j拥有的总带宽，为网络j已经被占用的带宽，kj为网络j的价格因子,Lj为网络j中接入的用户数；再根据下式计算得到每个用户i需要付出的代价Ci：Ci=Σj=1mipjbij=Σj=1mikjBjbijBj-Σl=1Ljblj,Σl=1Ljblj<Bj∞,else;]]>最后根据下式计算得到每个用户的收益函数Ui(bi,b‑i)：Ui(bi,b-i)=ui-Ci=ln(1+Σj=1mibijlb(1+PjGjN))-Σj=1mikjBjbijBj-Σl=1Ljblj,Σl=1Ljblj<Bj-∞,eles;]]>4）对系统中每个用户向每个可接入网络请求的带宽策略进行迭代调整，将最大收益时的带宽策略作为最终的带宽分配方案，具体步骤如下：a）对每个区域中的每个用户的带宽请求策略进行初始化：令初始时刻t＝0，区域a中每个用户在初始时刻向可接入网络j请求的接入带宽策略为bij(t)＝0；b）根据下式分别计算下一时刻每个用户向可接入网络j请求的接入带宽策略，然后令t＝t+1：bij(t+1)=bij(t)+δ∂Ui(bi,b-i)∂bij]]>其中δ是收敛速度调整参数；c）判断是否系统中所有用户是否均满足以下条件：用户向其每个可接入网络请求的带宽策略都满足条件|bij(t+1)‑bij(t)|＜ε，其中ε为最终确定的带宽策略允许的误差范围；如是，则进入步骤d），否则返回步骤b）；d）将最后更新得到的每个用户向所有可接入网络请求的带宽策略，作为最终的带宽分配方案。...

【技术特征摘要】
1.一种基于博弈论原理的多接入带宽分配方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)确定每个用户的可接入网络集合：首先根据网络间的交叉重叠，将异构无线网络环境划分为包括非重叠区域在内的A个区域；接着根据用户所处位置信息计算每个区域中的用户个数na，a＝1,2,3...,A，且其中a代表区域编号，A为系统中的区域总数，n为系统中的用户总数；然后确定每个区域中所有用户的可接入网络：将区域中覆盖的网络作为该区域中用户的可接入网络，并用1,2,...,mi对用户i的可接入网络进行编号，其中mi代表用户可接入网络的总数；2)计算系统中每个用户获得可接入网络的接收信噪比Sij：根据用户i接收到的可接入网络j的接收信号强度Pij，计算其获得可接入网络j的接收信噪比其中i为用户编号，j为可接入网络编号，N为信道噪声功率；3)构建用户的收益函数：首先根据下式计算每个用户获得所有可接入网络的吞吐量带来的效用：其中，mi代表用户i的可接入网络数量，代表用户i获得的总吞吐量，Tij代表用户i获得网络j的吞吐量，根据公式Tij＝bijlog2(1+Sij)计算得到，bij代表用户i向可接入网络j请求接入的带宽策略；然后根据下式计算每个可接入网络的单位带宽定价方案pj：其中Bj为网络j拥有的总带宽，为网络j已经被占用的带宽，kj为网络j的价格因子,Lj为网络j中接入的用户数；再根据下...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱琦，罗剑琴，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32