基于博弈论的无线资源分配

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1、基于博弈论的无线资源分配海忠鸣(南京邮电大学通信与信息工程学院南京210003)摘要本文提出了一种基于纳什谈判问题的无线资源分配算法.将无线资源分配的问题转换为博弃论问题，通过最优化的方法，得出一种优化算法。仿真结果表明，本文算法可以更好的公平的分配无线资源，达到系统系能的优化，达到最大侠月系统资源目的.关键词合作博弃;多跳;纳什谈判;资源分配GameTheorybasedResourceAllocationinWirelessNetworksHaiZhongming(ConununicationandInformationEngineeringInstitute,NanjingUni

2、versityofPostsandTelecommunications,210003)Abstract:nthispaper,wepresentanewschemeformulti-hopradioresourcealocationusingNashbargainingSolution(NBS).TheresourceallocationproblemisformulatedasacooperativegameusingNBS.Withthegradientprojectionmethod,wegetanewscheme.Simulationresultsshowsthatthepro

3、posedschemecannotonlyhelpalocateradioresourcefairly,butalsoachievethegoalofmaximusingthechannelcapacity.KeyWords:cooperativegame;multi-hop;Nashbargainingsolution;resourcealocation1.引言移动通信的高速增长规模以及对高速多媒体通信的需求，使得可供分配的无线频谱资源变得越来越有限，所以需要研究有效的无线资源分配算法。在下一代通信系统中采用多波技术是关键应用，而必须考虑到有限带宽和脆弱的SNR。国内外也己经有很多的

4、学者致力于该问题的研究。这些学者都己经证实多跳的益处，以及使用多跳中继得到的覆盖广、吞吐量大的优点。然而，如果移动节点不进行中继转发其他节点的数据，这些优点就不存在。在近几年，博弈论在无线通信系统的应用渐浮水面。该理论分为两部分:合作博弈和非合作博弈。纳什谈判问题也开始应用在解决合作博弈问题上，用于负载平衡，带宽分宽以及公平网络最优化流控制。这些研究主要集中在多M随信的吞吐量提高，但是很少有注意在多跳情形下节点间无线资源共享最优的。本文利用博弈论原理中的合作博弈谈判问题来证明在多跳情形下采用博弈方法允许所有移动节点共享一个下行链路的容量可提高性能增益。2.合作博弈模型纳什谈判问题是解决

5、移动节点的资源分配达到公平和有效的目的。为了用合作博弈来处理资源分配问题，首先要引入按照从第一个节点到最后一个节点形成的路径中节点间的位置关系而形成的“上游移动节点”和“下游移动节点”的概念。所有的移动节点可以被计为从1到N。假设它们是通过点到点的链接形成一个线性多剐璐径，如图1所示，所以只有相邻的节点才可以互相通信。在线性多岿璐径中的移动节点间分配下行链路的容量必须要利用到那些影响下游节点的上游节点的资源。最直接的方法就是节点间的合作。利用两个节点间的合作，来提供给下游节点的带宽。它们的合作度是由节点间的数据速430率、自私度以及节点的相互位置关系决定的。定义C为移动节点共享的下行链

6、路无线资源容量。N为线性多跳的节点数。一」卜-----一-----一~一-一一~一-一~口---.卜BSMN1一一一~-门卜-一一一一」卜·⋯⋯卜图1典型线性多跳结构定理1:纳什谈判问题是一个RN里的集合X以及X中的一个点d，记作(X,d)，其中X代表在所有谈判可能的结果下，谈判者的所有可能效用的集合。D是谈判破裂点，代表当他们谈判破裂时，各自所得的朋。令E为所有谈判问题的集合，RPE={(X,d)IXcR",dEX}。翻门假设X是凸集合和紧敛集，再假设存在xEX，使得xc>试，i二1,..,N，即假设X中存在让N个人效用都大于谈判破裂时的效用，这样谈判才有效。定理2:纳什淡判问题的解

7、，F是一个从E映射到R"的函数，也就是说，对于任意一个(X,d)EX,F(X,d)是一个X中的点，它代表的意思是，面对(X,d)这样的一个谈判问题，谈判者从最后的分配所得到的效用组合是F(X,d)。定理3:帕累托最优，它是一个效率尺度。如果在游戏中所有的参与者不能再增加其收益，称这个游戏为帕累托最优。博弈论不是单一的找出一个分配值，而是分配原则。纳什也为好的分配原则给出给出四点公设。效率性:假如有一点x>F(X,d)，则xoX。这就是说谈判的解