一種兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量的表征和構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量的表征和構(gòu)建方法，綜合多網(wǎng)絡(luò)用戶的競爭合作關(guān)系、自私理性行為、不同網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，基于合作博弈和效用理論等表征網(wǎng)絡(luò)容量域，研究高密度網(wǎng)絡(luò)中多網(wǎng)絡(luò)用戶的競爭與協(xié)作關(guān)系、自私和理性的行為和不同端到端的效能需求等更多實(shí)際因素對于網(wǎng)絡(luò)容量的影響。本發(fā)明提出網(wǎng)絡(luò)效用容量的概念、多維實(shí)際因素的網(wǎng)絡(luò)容量數(shù)學(xué)表征和構(gòu)建方法，兼顧了不同網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，提出個(gè)體網(wǎng)絡(luò)效用的數(shù)學(xué)表征方法；兼顧了干擾競爭合作關(guān)系、自私理性行為，表征整體網(wǎng)絡(luò)效用容量；提出了網(wǎng)絡(luò)效用容量的構(gòu)建方法，兼顧了多用戶行為和網(wǎng)絡(luò)能力指標(biāo)等，把多因素分為自私理性和合作與非合作的用戶行為特征和用戶位置信息。
【專利說明】-種兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量的表征和構(gòu)建方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無線通信【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其設(shè)及一種兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量的表征 和構(gòu)建方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)點(diǎn)到點(diǎn)信息論構(gòu)筑了頻譜和功率資源相對于高斯白噪聲的容量理論。網(wǎng)絡(luò)信 息論開啟多用戶的網(wǎng)絡(luò)容量研究。隨著當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用不斷發(fā)展，傳統(tǒng)點(diǎn)到 點(diǎn)的香農(nóng)或者多用戶網(wǎng)絡(luò)信息論的容量域和傳統(tǒng)信息論技術(shù)面臨巨大挑戰(zhàn)。面對復(fù)雜的網(wǎng) 絡(luò)結(jié)構(gòu)和多樣的無線環(huán)境，它們不能為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)提供有效理論支撐。因此，近十年來出現(xiàn)安 全容量、后香農(nóng)功能容量和傳輸容量等。然而，從信息論角度，該些容量域強(qiáng)調(diào)單一維度或 者存在延遲無限大和可靠性無限高等非實(shí)際的假設(shè)，并且忽略信令開銷、有限反饋和回程 鏈路等實(shí)際約束。
[0003] 實(shí)際網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中存在多因素的影響，包含多用戶的競爭與合作行為，自私與理性 的策略選擇和網(wǎng)絡(luò)能力指標(biāo)等。另外，多種性能指標(biāo)并存的未來無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步追求提升 頻譜效率的同時(shí)，需要關(guān)注能量效率，W-進(jìn)步設(shè)計(jì)更好的綠色通信和高效的節(jié)能技術(shù)等。 同時(shí)，在追求該些效率的同時(shí)，還需要兼顧回程、控制等信令和能量開銷。
[0004] 因此，信息論在兼顧多因素的指標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)容量域表征和構(gòu)建方面遇到前所未有的 瓶頸。近20年來，博弈論在信道和網(wǎng)絡(luò)容量等方面引起關(guān)注，近幾年博弈論在多址信道、廣 播信道和干擾信道等方面的研究成果廣泛發(fā)表在IEEE信息論經(jīng)典會議ISIT。同時(shí)，知名信 息論專家D. N. C. Tse和E.化kip把信息論和博弈論結(jié)合，考察干擾信道的納什均衡域，分別 在基于非合作納什博弈和納什議價(jià)合作博弈研究高斯干擾信道的改進(jìn)容量域，并研究合作 議價(jià)解和非合作解之間的關(guān)系等問題。然而，上述工作不能綜合表征多用戶的競爭與協(xié)作 關(guān)系、自私和理性的行為等因素對于個(gè)體網(wǎng)絡(luò)容量的影響。同時(shí)，整體網(wǎng)絡(luò)容量不能確切的 反映合作和理性帶來的容量增益。目前，尚不存在兼顧多網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)和開銷等多網(wǎng)絡(luò)因 素的網(wǎng)絡(luò)容量表征和構(gòu)建方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量的表征和構(gòu)建方法，旨在 解決現(xiàn)有的技術(shù)尚未刻畫多資源用戶的競爭與協(xié)作關(guān)系、自私和理性的行為等因素對于網(wǎng) 絡(luò)容量的影響，不能確切的反映合作和理性帶來容量增益的問題。
[0006] 本發(fā)明是該樣實(shí)現(xiàn)的，一種兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量表征和構(gòu)建方法，該兼顧 多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量表征和構(gòu)建方法包括兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量的表征方法和兼 顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量的構(gòu)建方法；
[0007] 首先，兼顧不同網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，包含頻譜效率、能量效率和開銷效率表征個(gè)體網(wǎng)絡(luò) 效用函數(shù)；其次，基于個(gè)體網(wǎng)絡(luò)效用，兼顧干擾競爭合作關(guān)系、自私理性行為，基于納什積函 數(shù)表征整體網(wǎng)絡(luò)效用容量；最后，給出具體建構(gòu)流程和方法；兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的網(wǎng)絡(luò)效用 容量的構(gòu)建方法，步驟包括；確定多網(wǎng)絡(luò)因素、表征個(gè)體效用容量、表征網(wǎng)絡(luò)效用容量。
[000引進(jìn)一步，兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量的表征方法包括個(gè)體效用容量和網(wǎng)絡(luò)效用容 量的表征方法。
[0009] 進(jìn)一步，兼顧多網(wǎng)絡(luò)能力指標(biāo)的個(gè)體效用容量數(shù)學(xué)表征方法兼顧不同網(wǎng)絡(luò)性能指 標(biāo)，包含頻譜效率、能量效率和開銷效率；
[0010] 具體方法為；每個(gè)用戶i是自私理性的，兼顧多網(wǎng)絡(luò)能力指標(biāo)的個(gè)體效用容量數(shù) 學(xué)模型定義為Ui (S，e，C)，描述頻譜效率S，能量效率e和開銷效率C網(wǎng)絡(luò)能力指標(biāo)的函數(shù)； Ui函數(shù)綜合描述頻譜效率S，能量效率e和開銷效率C的物理關(guān)系；U 1= S A C，a取 值范圍是[0，1]，A是引入的參數(shù)；a =0表示網(wǎng)絡(luò)完全是能量效率e主導(dǎo)的，是綠色通信 的網(wǎng)絡(luò)；a = 1表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)是頻譜效率S主導(dǎo)的，是追求容量或者吞吐量的網(wǎng)絡(luò)；0< a <1 表示網(wǎng)絡(luò)是頻譜效率S和能量效率e的網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)，個(gè)體效用容量兼顧開銷效率C ;定義開 銷為斜率為A的開銷效率C的線性函數(shù)形式；即隨著開銷效率C的提升，個(gè)體效用容量隨 著開銷效率C線性增加。
[0011] 進(jìn)一步，兼顧多用戶行為的網(wǎng)絡(luò)效用容量數(shù)學(xué)表征方法包括兼顧競爭合作關(guān)系和 自私理性行為，表征整體網(wǎng)絡(luò)效用容量；基于議價(jià)合作博弈的公理化的要求，定義N個(gè)用戶 之間的兼顧公平性和網(wǎng)絡(luò)效率的網(wǎng)絡(luò)效用容量；定義網(wǎng)絡(luò)效用容量的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
[0012]

【權(quán)利要求】
1. 一種兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量表征和構(gòu)建方法，其特征在于，該兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素 的效用容量表征和構(gòu)建方法包括兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量的表征方法和兼顧多網(wǎng)絡(luò)因 素的效用容量的構(gòu)建方法； 首先，兼顧不同網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，包含頻譜效率、能量效率和開銷效率，采用可刻畫不同 網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)關(guān)系的函數(shù)表征個(gè)體網(wǎng)絡(luò)效用容量； 其次，基于上述個(gè)體網(wǎng)絡(luò)效用容量，兼顧多用戶的競爭與合作關(guān)系、自私理性行為等， 基于納什積函數(shù)表征整體網(wǎng)絡(luò)效用容量； 最后，給出兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量構(gòu)建方法，步驟包括：確定多網(wǎng)絡(luò)因素、表征個(gè) 體效用容量、表征網(wǎng)絡(luò)效用容量。
2. 如權(quán)利要求1所述的兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量表征和構(gòu)建方法，其特征在于，兼 顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量的表征方法包括個(gè)體效用容量和網(wǎng)絡(luò)效用容量的表征方法。
3. 如權(quán)利要求2所述的兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量表征和構(gòu)建方法，其特征在于，兼 顧多網(wǎng)絡(luò)能力指標(biāo)的個(gè)體效用容量數(shù)學(xué)表征方法兼顧不同網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，包含頻譜效率、 能量效率和開銷效率； 具體方法為：每個(gè)用戶i是自私理性的，兼顧多網(wǎng)絡(luò)能力指標(biāo)的個(gè)體效用容量數(shù)學(xué)模 型定義為W(s,e,c)，描述頻譜效率s，能量效率e和開銷效率c網(wǎng)絡(luò)能力指標(biāo)的函數(shù)；Ui函 數(shù)綜合描述頻譜效率s，能量效率e和開銷效率c的物理關(guān)系；Ui=saeh-AC，a取值范 圍是[〇，l]，A是引入的參數(shù)；a=〇表示網(wǎng)絡(luò)完全是能量效率e主導(dǎo)的，是綠色通信的網(wǎng) 絡(luò)；a= 1表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)是頻譜效率s主導(dǎo)的，是追求容量或者吞吐量的網(wǎng)絡(luò)；0〈a〈1表示 網(wǎng)絡(luò)是頻譜效率s和能量效率e的網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)，個(gè)體效用容量兼顧開銷效率c;定義開銷為 斜率為X的開銷效率c的線性函數(shù)形式；即隨著開銷效率c的提升，個(gè)體效用容量隨著開 銷效率c線性增加。
4. 如權(quán)利要求2所述的兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量表征和構(gòu)建方法，其特征在于，兼 顧多用戶行為的網(wǎng)絡(luò)效用容量數(shù)學(xué)表征方法包括兼顧競爭合作關(guān)系和自私理性行為，表征 整體網(wǎng)絡(luò)效用容量；基于議價(jià)合作博弈的公理化的要求，定義N個(gè)用戶之間的兼顧公平性 和網(wǎng)絡(luò)效率的網(wǎng)絡(luò)效用容量；定義網(wǎng)絡(luò)效用容量的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
i對于網(wǎng)絡(luò)效用容量的貢獻(xiàn)程度；參數(shù)1的取值范圍為[〇, 1]。
5. 如權(quán)利要求1所述的兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的效用容量表征和構(gòu)建方法，其特征在于，兼 顧多網(wǎng)絡(luò)因素的網(wǎng)絡(luò)效用容量的構(gòu)建方法步驟為： 步驟一，確定多網(wǎng)絡(luò)因素： 從用戶行為、網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)和運(yùn)營商運(yùn)維開銷多個(gè)維度，獲取應(yīng)該兼顧的多維實(shí)際網(wǎng) 絡(luò)因素； 兼顧多網(wǎng)絡(luò)因素的網(wǎng)絡(luò)效用容量表征中，兼顧頻譜效率s，能量效率e和開銷效率c網(wǎng) 絡(luò)能力指標(biāo)；反映用戶i對于網(wǎng)絡(luò)效用容量的貢獻(xiàn)程度參數(shù)1表示用戶i的具體分布位置； 兼顧競爭合作關(guān)系和自私理性行為的納什乘積函數(shù)；多網(wǎng)絡(luò)因素依據(jù)經(jīng)驗(yàn)和具體網(wǎng)絡(luò)場景 和關(guān)鍵性能指標(biāo)確定； 步驟二，表征個(gè)體效用容量： 兼顧不同網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)，包含頻譜效率、能量效率和開銷效率，每個(gè)用戶i是自私理性 的，兼顧多網(wǎng)絡(luò)能力指標(biāo)的個(gè)體效用容量數(shù)學(xué)模型定義為Ui(s，e，c)，描述頻譜效率s，能量 效率e和開銷效率c網(wǎng)絡(luò)能力指標(biāo)的函數(shù)；此處，^函數(shù)綜合描述頻譜效率s，能量效率e 和開銷效率c的物理關(guān)系；Ui=s°eB-Ac，a取值范圍是[〇，1]，人是引入的參數(shù)；a= 〇表示網(wǎng)絡(luò)完全是能量效率e主導(dǎo)的，是綠色通信的網(wǎng)絡(luò)；a= 1表示當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)是頻譜效率 s主導(dǎo)的，是追求容量或者吞吐量的網(wǎng)絡(luò)；〇〈a〈1表示網(wǎng)絡(luò)是頻譜效率s和能量效率e的網(wǎng) 絡(luò)；同時(shí)，個(gè)體效用容量兼顧開銷效率c;定義開銷為斜率為X的開銷效率c的線性函數(shù)形 式；即隨著開銷效率c的提升，個(gè)體效用容量隨著開銷效率c線性增加； 步驟三，表征網(wǎng)絡(luò)效用容量： 兼顧競爭合作關(guān)系和自私理性行為，表征整體網(wǎng)絡(luò)效用容量；基于議價(jià)合作博弈的公 理化的要求，定義N個(gè)用戶之間的兼顧公平性和網(wǎng)絡(luò)效率的網(wǎng)絡(luò)效用容量；定義網(wǎng)絡(luò)效用 容量的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：
i對于網(wǎng)絡(luò)效用容量的貢獻(xiàn)程度；參數(shù)1的取值范圍為[〇, 1]。
【文檔編號】H04L12/26GK104486165SQ201410840643
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月29日
【發(fā)明者】楊春剛, 李建東, 盛敏, 李紅艷, 侯蓉暉, 馬英紅, 張琰 申請人:西安電子科技大學(xué)