一种稳定的组合频谱匹配算法制造技术

本发明专利技术涉及一种稳定的组合频谱匹配算法，目的是为了解决频谱组合拍卖只优化全局效用函数，不考虑参加拍卖的个体对频谱的偏好，本发明专利技术允许购买者表达对频谱组合(而不是单个频谱)的偏好，得出相应的最优的频谱价格。设计了改进的延迟接收算法，频谱卖家基于异质频谱干扰图选择频谱买家，频谱买家的出价随算法迭代次数改变，最终收敛到稳定的组合拍卖频谱匹配。能够提高个体买家和卖家的私有效用，激励买家和卖家参与频谱交易，并且遵守最终的匹配结果和按照相应的频谱价格进行交易。

【技术实现步骤摘要】
一种稳定的组合频谱匹配算法
本专利技术属于无线通信领域，尤其涉及稳定的组合频谱匹配算法。
技术介绍
无线频谱的短缺，是无线通信行业迅速发展的一个重大阻碍。尽管无线通信技术发展迅速，但无线服务和应用程序需求的不断增长受限于有限的频谱资源。传统的静态频谱分配能够为无线服务提供商分配长期频谱执照，但是会由于不同网络的流量波动降低频谱利用率。为了提高频谱利用率，提出了动态频谱接入来重新分配频谱资源，使空闲批怒的服务提供商可以与需要额外频谱的业务进行交易。拍卖被认为是资源再匹配的一种有效方式，而频谱拍卖机制已经被广泛的研究。在频谱拍卖中，我们关心的是组合频谱拍卖，这能让买家表达对于不同频谱组合的多种偏好。一个频谱组合的估值可能会比单个频谱估值的总和更高(或低)。相邻频率的频谱比不连续频率的频谱更容易操作。然而组合拍卖频谱的分配通常注重全局社会福利最大化，但忽略了买家和卖家的个体偏好。因此，当买方和卖方存在缺陷并能够使用其他更高效的代替方案时，可能无法实现组合拍卖的全局最优频谱分配。长期以来，拍卖机制被用于频谱分配。最常见的频谱拍卖模型包括前向拍卖、双拍卖和在线拍卖。而稳定匹配首先被Gale和Shapley运用于大学入学问题。从此，稳定匹配被广泛应用于计算机科学中的资源分配，如云计算中的虚拟机管理，小单元中的用户关联，以及设备到设备通信中的频谱共享问题。与其他普通货物不同，频谱使用权不具排他性的，而是受买方之间的干涉关系制约的。由于传输路径损耗，只要买家不在彼此的干扰范围内，地理上相距遥远的买家可以重复使用同一品剖。虽然这是一种提高利用率的方法，但这种频谱复用性挑战了具有固定的配额而不是基于图形的干扰约束的传统匹配框架。作为一种新的频谱分配方法，多种频谱匹配框架已经被提出。为了达到一个稳定的匹配，可以使用一种两阶段的延迟接受算法，即每个购买者在频谱购买上有一个最大的配额。为了解决正常工作的最少频谱问题，可以使用一个扩展的延迟接受算法，以实现稳定匹配，同时确保满足所有购买者的最小频谱要求。类似的组合频谱分配的多对多匹配框架也被提出，而我们的工作的主要区别在于确定从买方到卖方的支付方案，使我们的新组合频谱匹配框架更适用于现实世界的频谱市场。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出一种稳定的组合频谱匹配算法，本专利技术的技术方案为：一种稳定的组合频谱匹配算法，其特征在于，定义频谱匹配系统模型，具体是：定义出租空闲频谱的服务供应商被视为卖方，寻求购买额外频谱的服务供应商被视为买方；每个卖方拥有一个频谱，用代表卖方，用代表买方；买家可购买的频谱数量没有上限，但是受到自己对不同频谱组合的估价和相应的价格限制；使用代表i频谱的干扰图，其中节点表示买家集合；如果两个买家j和j′在使用频谱i时，彼此在干扰范围内，则在干扰图中存在一条边ej，j′∈Ei；定义pij为买方j使用频谱所要支付给卖方i的费用，使用pj＝(p1j，p2j，…，pmj)表示买方j的支付方案，其中pij为买方j支付给卖方i的费用；买方可以购买任意频谱组合，但是每种组合频谱会给买方带来不同的效用；定义买方j获得的频谱组合为买方j对该频谱组合的估价为Vj(Cj)，那么买方j的效用值为由于一个卖家的频谱可以分配给多个互不干扰的买家，定义为卖方i的频谱所分配给的买方，pi＝(pi1，pi2，…，pin)为卖方i获得的支付费用，其中pij为买方j支付给卖方i的费用；卖方i的效用函数为取决于竞价买家的相互干扰关系和支付的费用，如果Di中的买家互不干扰，即那么否则定义pij为买方j使用频谱i所要支付给卖方i的费用，使用pj＝(p1j，p2j，…，pmj)表示买方j的支付方案，其中pij为买方j支付给卖方i的费用。买方可以购买任意频谱组合，但是每种组合频谱会给买方带来不同的效用。定义买方j获得的频谱组合为买方j对该频谱组合的估价为Vj(Cj)，那么买方j的效用值为由于一个卖家的频谱可以分配给多个互不干扰的买家，定义为卖方i的频谱所分配给的买方，pi＝(pi1，pi2，…，pin)为卖方i获得的支付费用，其中pij为买方j支付给卖方i的费用。卖方i的效用函数为取决于竞价买家的相互干扰关系和支付的费用，如果Di中的买家互不干扰，即那么否则步骤1：匹配初始化阶段，实现方式如下，使用pij(t)代表买方j给卖方i在阶段t的暂定价格,μ(t)为阶段t的暂定匹配结果。在阶段t＝0，每个买方j给卖方i的价格都为卖方i的保留价格在阶段t＝0，每一个买方向所有卖方提出匹配请求。每一个卖方将暂时接受一组互不干扰且总价最高的买家，并拒绝其他买家。如果有多个这样的非干扰买方组合，卖方将随机选择一个组合。卖方i寻找总价最高的非干扰买方的算法等同于在i的频谱的干扰图上找到最大加权独立集，可采用近似算法，即贪婪地选取最高的买方，然后在干扰图中去掉与其干扰的邻居节点，重复该过程直到干扰图变空。其中pij为买方j给频谱i的价格，是买方在干扰图Gi中的度。步骤2：开始循环匹配阶段，直至匹配完成，实现方式如下，在阶段t≥1时，如果买方j在阶段t-1向卖方i的报价被拒绝了，则买方j会增加δp的价格给卖方i，即pij(t)＝pij(t-1)+δp，而买方j给其它卖方(包括接受的卖方或未报价的卖方)的价格保持不变。价格增量δp将导致报价的非连续性，但它符合现实的拍卖场景，例如，在实际拍卖中，下一个投标的价格必须以一定的增量超过先前的出价。给定pj(t)作为支付方案，买方j找到最大化效用uj(Cj(t)，pj(t))的卖方组合Cj(t)，并向组合中的所有卖方提出匹配请求。如果存在多个Cj(t)组合能够最大化效用uj(Cj(t)，pj(t))，买方j将随机选择一个卖方组合。基于所有买家提出的报价，卖方i将接受一组总价最高并且互不干扰的买家集合Di(t)，并拒绝其他买家。如果有多个这样的非干扰买方集合，卖方将随机选择一组接受。步骤2和步骤3将持续进行，直至所有买方的匹配请求都以其当前的支付方案被卖方全部接受。在上述的一种稳定的组合频谱匹配算法，组合频谱匹配的结果定义为：定义有个卖方，个买方，则组合频谱匹配为集合到集合的函数μ。个体理性定义为：每一个卖方都与一组互相不干扰的买主相匹配，并获得比其保留价格更大的效用，即其中ri为卖方i的保留价格；每个买方的效用为正，即阻塞对定义：阻塞对的买方j和卖方i在μ中没有相互匹配，但是买方j和卖方i相匹配能给各自带来更高的效用，因此买方j和卖方i有动机偏离匹配结果，从而使匹配结果不稳定。稳定组合频谱匹配定义：如果匹配结果是个体理性且不含阻塞对的，则组合频谱匹配μ是一个稳定组合频谱匹配。因此，本专利技术允许购买者表达对频谱组合(而不是单个频谱)的偏好，得出相应的最优的频谱价格。通过稳定的组合拍卖频谱匹配算法，能够提高个体买家和卖家的私有效用，激励买家和卖家参与频谱交易，并且遵守最终的匹配结果和按照相应的频谱价格进行交易附图说明图1是本专利技术的算法流程图。图2a是本专利技术3个买家A、B、C在频谱1上的频谱干扰关系图。图2b是本专利技术3个买家A、B、C在频谱2上的频谱干扰关系图。图2c是本专利技术3个买家A、B、C在频谱3上的频谱干扰关系图。图2d是本专利技术3个买家A、B、C在频谱4上的频谱干扰关系图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种稳定的组合频谱匹配算法，其特征在于，定义频谱匹配系统模型，具体是：定义出租空闲频谱的服务供应商被视为卖方，寻求购买额外频谱的服务供应商被视为买方；每个卖方拥有一个频谱，用

【技术特征摘要】
1.一种稳定的组合频谱匹配算法，其特征在于，定义频谱匹配系统模型，具体是：定义出租空闲频谱的服务供应商被视为卖方，寻求购买额外频谱的服务供应商被视为买方；每个卖方拥有一个频谱，用代表卖方，用代表买方；买家可购买的频谱数量没有上限，但是受到自己对不同频谱组合的估价和相应的价格限制；使用代表i频谱的干扰图，其中节点表示买家集合；如果两个买家j和j′在使用频谱i时，彼此在干扰范围内，则在干扰图中存在一条边ej，j′∈Ei；假设pij为买方j使用频谱i所要支付给卖方i的费用，使用pj＝(p1j，p2j，…，pmj)表示买方j的支付方案，其中pij为买方j支付给卖方i的费用；买方可以购买任意频谱组合，但是每种组合频谱会给买方带来不同的效用；假设买方j获得的频谱组合为买方j对该频谱组合的估价为Vj(Cj)，那么买方j的效用值为由于一个卖家的频谱可以分配给多个互不干扰的买家，假设为卖方i的频谱所分配给的买方，pi＝(pi1，pi2，…，pin)为卖方i获得的支付费用，其中pij为买方j支付给卖方i的费用；卖方i的效用函数为取决于竞价买家的相互干扰关系和支付的费用，如果Di中的买家互不干扰，即那么否则包含以下步骤：步骤1：匹配初始化阶段，实现方式如下，使用pij(t)代表买方j给卖方i在阶段t的暂定价格,μ(t)为阶段t的暂定匹配结果；在阶段t＝0，每个买方j给卖方i的价格都为卖方i的保留价格pij(0)＝ri，在阶段t＝0，每一个买方向所有卖方提出匹配请求；每一个卖方将暂时接受一组互不干扰且总价最高的买家，并拒绝其他买家；如果有多个这样的非干扰买方组合，卖方将随机选择一个组合；卖方i寻找总价最高的非干扰买方组合的算法等同于在i的频谱的干扰图上找到最大加权独立集，可采用近似算法，即贪婪地选取最高的买方，然后在干扰图中去掉与其干扰的邻居节点，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈艳姣，林龙，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42