一种具有频谱召回的动态多需求异构频谱的双边拍卖方法技术

本发明专利技术公开了一种具有频谱召回的动态多需求异构频谱的双边拍卖方法，该方法利用市场经济方式使得拥有空闲频谱资源的授权频谱持有者SH在满足主用户PU服务的前提下，通过出售单位时间段频谱使用权给有频谱需求的二级无线服务商SWSP获取租金收益，来实现频谱资源的高效利用；本发明专利技术拍卖中介SB主持拍卖召回整个过程，SH出售空闲频段，并允许在其PU突然需要时召回部分已售出的频谱使用权，以满足优先级更高的PU的QoS；在拍卖完成后，SWSP可使用相应信道频段，如果SH需要召回，SB会选择补偿成本较低的信道予以召回，来满足PU需求。本发明专利技术可保证拍卖过程的真实性和个体理性条件，且在满足PU的QoS条件下，实现用户满意度、频谱复用率、SH拍卖收益的最大化。

A bilateral auction method with dynamic multi demand heterogeneous spectrum with spectrum recall

The invention discloses a dynamic multi spectrum recall requirements of heterogeneous double auction method, using the way of market economy has made the idle spectrum resources authorized spectrum holder SH in order to meet the main users of PU services, to a level two wireless spectrum demand service provider SWSP to obtain rental income by selling the right to use unit time spectrum, to achieve efficient use of spectrum resources; the invention of SB presided over the auction auction intermediary recalled the whole process, SH sells idle frequency, and allow the recall spectrum has sold in its PU suddenly need the right to use, in order to meet the higher priority PU QoS; in the auction is completed, the SWSP can be used the corresponding channel band, if SH need to recall, channel SB will choose to lower the cost of compensation to be recalled, to meet the PU requirements. The invention ensures the authenticity and individual rationality of the auction process, and achieves the maximization of user satisfaction, spectrum reuse rate and SH auction profit under the QoS condition of PU.

【技术实现步骤摘要】
一种具有频谱召回的动态多需求异构频谱的双边拍卖方法
本专利技术涉及无线通信
，具体的说是一种具有频谱召回的动态多需求异构频谱的双边拍卖方法。
技术介绍
面对不断增加的无线数据业务需求和频谱资源利用率不足的现状，已有的静态频谱分配方式已经不再适用于快速发展的无线网络。认知无线网络概念提出利用授权频谱的大量空闲频段去满足不同的非授权用户频谱需求，从而实现频谱资源的动态高效分配。如果使用基于感知的自由免费接入，频谱拥有者将失去分享空闲频谱的动机，从利益角度考虑，对于空闲频谱的再利用，使用市场拍卖形式将更加合理。不同于普通商品，频谱拍卖必须考虑频谱属性中的空间重用、复杂的干扰关系、拍卖双方频谱的动态供给和需求以及各频段由于中心频率不同所带来的传播特性异构。现有的频谱拍卖方法多是一次拍卖，频谱拍卖中假设授权频谱持有者(spectrumholder，SH)一旦拍出其相应频谱，直到下次拍卖开始，买者将独占频谱使用权，会出现优先级更高的SH主用户PU无信道可用的情况。由于PU到来的随机性，SH如果拍出所有信道，也许导致其主用户无频谱可用的情况。如果SH过多的保留频谱给其主用户，虽然保证了其主用户的频谱使用，但会造成其拍卖收益的降低。另外，对于主用户突然的频谱需求，如果简单召回会损害竞拍者的利益；如果加以补偿的召回，必须考虑召回和补偿机制下的收益。目前的频谱拍卖设计存在两个重要缺陷：1.现有的竞拍都是假设拍出的频谱会被拍得的用户独占，然而频谱持有者服务的主用户PU比二级无线服务商有更高的频谱接入优先级，这样就可能出现突然到达的主用户频谱需求无法得到满足，以致于影响其无线服务质量(QoS)的情况；2.不能综合考虑多种实际问题和拍卖设计上的重要属性，不同于普通商品的拍卖，频谱必须考虑频谱的空间重用、复杂的干扰关系、拍卖双方频谱的动态供给和需求以及各频段不同的传播特性，在实际频谱竞拍召回过程中，无法合理处理召回对拍卖频谱出价的真实性的影响，无法最大限度实现在拍卖设计的过程中在满足主用户服务要求的前提下，尽可能提高拍卖的整体收益。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于频谱召回机制的异构频谱和异构需求的双边拍卖方法，该方法更符合实际场景，具有较强的通用性，联合考虑多种因素和属性，考虑频谱异构性、频谱需求异构和拍卖的真实性，最小化了召回所带来的补偿，在满足PU的QoS前提下，尽可能提高频谱的复用效率和SH的拍卖收益。本专利技术为解决上述技术问题采用的技术方案为：一种具有频谱召回的动态多需求异构频谱的双边拍卖方法，该双边拍卖方法的过程中包括四个参与对象：作为卖者的授权频谱持有者SH、需优先服务的主用户PU、作为买者的二级无线服务商SWSP和主持拍卖和召回的中介SB；该双边拍卖方法包括初始阶段、拍卖和分配阶段以及召回阶段；(1)初始阶段步骤一、SH在优先服务其主用户PU并满足当前PU频谱服务的前提下，拍卖固定时间间隔的信道使用权；SH向SB上报所有参与竞拍的信道信息，所述参与竞拍的信道信息包括空闲信道数量和最大召回信道个数；步骤二、SB把SH提供的所有参与竞拍的信道信息广播给SWSP，SWSP根据SB提供的信息提交竞价信息给SB，所述竞价信息包括需要的信道数、出价向量bi和SWSP的位置信息，其中，i＝(1，2，……n)，SB根据竞价信息计算出SWSP对各信道的报价；(2)拍卖和分配阶段步骤三、SB根据初始阶段SH上报的参与竞拍的信道信息和SWSP所提供的竞价信息，发出拍卖申请；步骤四、SB对所有SH提供的竞拍信道进行竞拍；(3)召回阶段步骤五、当SH发生其主用户PU到达需要信道的情况，SH选择最小补偿的信道做召回处理。作为一种优选方案，步骤一所述PU频谱服务遵循先到先服务原则，在没有可用信道时需排队等待，最小的PU所需最小信道数c和最大召回信道个数分别通过下式得出：其中，MPU是平均等待时间，Q(c,ψ)是排队概率，γj为等待时间的门限；每个SH的PU用户的到达间隔服从到达率为λ的泊松分布，其形影的服务时间服从参数为1/μ的指数分布，相应的μ表示服务率，ψ＝λ/μ。Cr＝c-(C-Ca)，其中，C是SH的信道数，Ca是拍卖信道数，Cr是最大召回信道个数。作为一种优选方案，SWSP所需的信道数目不同，用di代表SWSP的信道需求，1≤di≤K，每个SWSP对所有可接入信道有不同的信道价值矢量，V＝{vi,1,vi,2,..,vi,k,..,vi,K}，其中，K表示所有SH参与竞拍信道数量，当不可接入时v＝0；步骤二所述SWSP对信道k的报价bi为：其中，风险因子θi反映了对于潜在召回的敏感度，Cr/Ca反映了最大召回比例，(R-ri)/R反映了被召回的可能性，R表示SH的服务半径，r表示SH和SWSP之间的距离，ρi表示召回可能性的折扣因子。作为一种优选方案，步骤三SB根据SWSP提供的信道需求，产生与需求相应数目di的多个虚拟SWSP，虚拟SWSP继承原SWSP的所有属性，所有属性包括需要的信道数、出价向量bi和SWSP的位置信息，SB根据虚拟SWSP出价向量bi高低顺序，向出价最高的di个信道发出拍卖申请。作为一种优选方案，步骤四所述竞拍过程具体如下：S1、SWSP根据需求向di个信道发出申请，把申请同一信道的SWSP作为一个联盟，对于所有申请拍卖信道j的虚拟SWSP组成的申请联盟定义为Πj，SB生成信道j的潜在冲突图；S2、根据信道j的潜在冲突图，找到最大独立集gj,并找出最大独立集中联盟出价最高的独立集，即相应的信道j的拍卖价格为其中，|gj|为获胜联盟Πj的成员个数；S3、将拍卖价格与SH提供的竞拍底价进行比较，每条信道的竞拍底价为aj，如果Φj≥aj，那么信道j竞拍成功，获胜联盟Πj中出价最低的成员被剔除；S4、在每个信道频段内，如果存在多个独立集，具有最高联盟出价的那个独立集胜出，如果有多个同样最高联盟出价的独立集，随机选取其一，其中，除了独立集中报价最低的SWSP外，其他SWSP将获得频谱使用权，其中，虚拟SWSP在信道j的支付为：i获得频谱使用权作为一种优选方案，步骤五所述召回处理时，如果SH直接安排空闲信道给新到达PU使用；如果缺口部分做召回处理；根据PU到达与否，及其位置信息及到达的PU需求计算其中代表SHj的位置坐标，找到可用信道内在半径RPU范围内的频谱租赁SWSP，记录SWSP在各信道的付费总和假设对于SH有cj个可召回信道，按从小到大排列各信道付费为找出需要召回个数的排在前的信道进行召回。作为一种优选方案，在每个时段周期结束，SH通过SB对所有租用信道的SWSP收费，所述收费包括三种情况：(1)如果SWSP未赢得拍卖，未获得频谱使用权，付费为0；(2)如果SWSP赢得信道使用权，并且未被召回，需支付费用为：(3)如果SWSP赢得信道使用权，中途发生频谱召回的，根据实际召回数量对各SWSP进行补偿。作为一种优选方案，召回结束后，对于各SH和SWSP的收益清算，清算结果如下：SWSP的拍卖阶段收益为成功接入信道的实际价值-出价；SWSP的总收益为拍卖阶段收益+召回损失+召回补偿；对于SH的收益为服务PU的收益+拍卖所得-召回补偿。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：(1)本专利技术公开了一种具有频谱召回本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有频谱召回的动态多需求异构频谱的双边拍卖方法，其特征在于：该双边拍卖方法的过程中包括四个参与对象：作为卖者的授权频谱持有者SH、需优先服务的主用户PU、作为买者的二级无线服务商SWSP和主持拍卖和召回的中介SB；该双边拍卖方法包括初始阶段、拍卖和分配阶段以及召回阶段；(1)初始阶段步骤一、SH在优先服务其主用户PU并满足当前PU频谱服务的前提下，拍卖固定时间间隔的信道使用权；SH向SB上报所有参与竞拍的信道信息，所述参与竞拍的信道信息包括空闲信道数量和最大召回信道个数；步骤二、SB把SH提供的所有参与竞拍的信道信息广播给SWSP，SWSP根据SB提供的信息提交竞价信息给SB，所述竞价信息包括需要的信道数、出价向量bi和SWSP的位置信息，其中，i＝(1，2，……n)，SB根据竞价信息计算出SWSP对各信道的报价；(2)拍卖和分配阶段步骤三、SB根据初始阶段SH上报的参与竞拍的信道信息和SWSP所提供的竞价信息，发出拍卖申请；步骤四、SB对所有SH提供的竞拍信道进行竞拍；(3)召回阶段步骤五、当SH发生其主用户PU到达需要信道的情况，SH选择最小补偿的信道做召回处理。

【技术特征摘要】
1.一种具有频谱召回的动态多需求异构频谱的双边拍卖方法，其特征在于：该双边拍卖方法的过程中包括四个参与对象：作为卖者的授权频谱持有者SH、需优先服务的主用户PU、作为买者的二级无线服务商SWSP和主持拍卖和召回的中介SB；该双边拍卖方法包括初始阶段、拍卖和分配阶段以及召回阶段；(1)初始阶段步骤一、SH在优先服务其主用户PU并满足当前PU频谱服务的前提下，拍卖固定时间间隔的信道使用权；SH向SB上报所有参与竞拍的信道信息，所述参与竞拍的信道信息包括空闲信道数量和最大召回信道个数；步骤二、SB把SH提供的所有参与竞拍的信道信息广播给SWSP，SWSP根据SB提供的信息提交竞价信息给SB，所述竞价信息包括需要的信道数、出价向量bi和SWSP的位置信息，其中，i＝(1，2，……n)，SB根据竞价信息计算出SWSP对各信道的报价；(2)拍卖和分配阶段步骤三、SB根据初始阶段SH上报的参与竞拍的信道信息和SWSP所提供的竞价信息，发出拍卖申请；步骤四、SB对所有SH提供的竞拍信道进行竞拍；(3)召回阶段步骤五、当SH发生其主用户PU到达需要信道的情况，SH选择最小补偿的信道做召回处理。2.根据权利要求1所述的一种具有频谱召回的动态多需求异构频谱的双边拍卖方法，其特征在于：步骤一所述PU频谱服务遵循先到先服务原则，在没有可用信道时需排队等待，最小的PU所需最小信道数c和最大召回信道个数分别通过下式得出：其中，MPU是平均等待时间，Q(c,ψ)是排队概率，γj为等待时间的门限；每个SH的PU用户的到达间隔服从到达率为λ的泊松分布，其形影的服务时间服从参数为1/μ的指数分布，相应的μ表示服务率，ψ＝λ/μ。Cr＝c-(C-Ca)，其中，C是SH的信道数，Ca是拍卖信道数，Cr是最大召回信道个数。3.根据权利要求1所述的一种具有频谱召回的动态多需求异构频谱的双边拍卖方法，其特征在于：SWSP所需的信道数目不同，用di代表SWSP的信道需求，1≤di≤K，每个SWSP对所有可接入信道有不同的信道价值矢量，V＝{vi,1,vi,2,..,vi,k,..,vi,K}，其中，K表示所有SH参与竞拍信道数量，当不可接入时v＝0；步骤二所述SWSP对信道k的报价bi为：其中，风险因子θi反映了对于潜在召回的敏感度，Cr/Ca反映了最大召回比例，(R-ri)/R反映了被召回的可能性，R表示SH的服务半径，r表示SH和SWSP的距离，ρi表示召回可能性的...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵鸿翔，周武强，李广宏，
申请(专利权)人：洛阳理工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41