一種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法，具體如下：首先、建立基于模式協(xié)同選擇的終端直通可見光通信模型，將移動(dòng)用戶接入進(jìn)行初始化；建立三種通信模式；然后，發(fā)送端將用戶信息傳入控制終端，分別計(jì)算接收信號，信噪比以及效用函數(shù)；并根據(jù)信道容量選擇最優(yōu)的通信模式，建立通信鏈路；最后，判斷不同的用戶對是否借助同一固定收發(fā)器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，如果有，將每個(gè)用戶對選擇一種通信模式，形成通信模式組合；分別計(jì)算每種通信模式組合下效用函數(shù)和，選擇最大值對應(yīng)的組合作為所有用戶對的通信鏈路。否則，用戶對正常通信；優(yōu)點(diǎn)在于：解決了終端對等的可見光通信中的因遮擋而導(dǎo)致的通信質(zhì)量下降的問題。
【專利說明】
-種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于可見光通信領(lǐng)域，具體是一種基于博弈論的對等可見光通信終端模式 協(xié)同選擇方法，該方法用于終端對等的可見光通信系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動(dòng)終端間信息共享需求的增多，終端直通通信技術(shù)(D2D)作為未來5G技術(shù) 之一隨之出現(xiàn)。D2D能夠?qū)崿F(xiàn)終端直接通信，包含了多種用于設(shè)備間通信的方式，比如藍(lán)牙 和Wi-Fi Direct等。但是，運(yùn)些通信方式無法滿足用戶對更大帶寬的需求，需要一種新的通 信技術(shù)來實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的大帶寬的直接通信。
[0003] 可見光涵蓋了波長為38化m~780nm的光波波段，可見光通信(VLC)能提供390??Ζ 大帶寬，因此，基于可見光的終端直通通信(D2D-VLC)是一個(gè)可行的通信方式。
[0004] 在終端直通可見光通信中，難點(diǎn)之一是因遮擋而導(dǎo)致通信質(zhì)量下降的問題；目前 解決方式大致分為兩類:一類是利用高反射性的墻壁進(jìn)行信號的反射接收；另一類是在固 定的位置裝備若干個(gè)中繼器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。但是，要實(shí)現(xiàn)發(fā)送信號的正確接收無論是墻壁的材 質(zhì)或是中繼器的位置設(shè)計(jì)都有特殊的要求，都是不利于普及的解決方式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，從終端直通通信的模式選擇概念出發(fā)，根據(jù) 終端間直接通信模式、間接通信模式W及混合通信模式的不同適用范圍，提出了一種基于 博弈論中最優(yōu)反應(yīng)動(dòng)態(tài)策略和最優(yōu)反應(yīng)策略的模式協(xié)同選擇機(jī)制，來實(shí)現(xiàn)通信模式間的自 適應(yīng)切換。該機(jī)制不僅能夠解決遮擋問題，還能在保證通信質(zhì)量的同時(shí)減少能耗。
[0006] -種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法，具體步驟如下：
[0007] 步驟一、建立基于模式協(xié)同選擇的終端直通可見光通信模型；
[000引具體建立過程為:室內(nèi)的天花板上安裝K組固定收發(fā)器;每組固定收發(fā)器包括一個(gè) 發(fā)光二極管和一個(gè)光電二極管;室內(nèi)安裝一個(gè)協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器作為控制終端；
[0009] 步驟二、將N個(gè)移動(dòng)用戶分別接入終端直通可見光通信模型并初始化。
[0010] 具體為:首次進(jìn)入終端直通可見光通信模型的某個(gè)移動(dòng)用戶，將離自己最近的固 定收發(fā)器作為最初的通信接入點(diǎn)；
[0011] 步驟Ξ、針對要進(jìn)行通話的兩個(gè)移動(dòng)用戶，發(fā)送端的用戶將自己的位置信息W及 請求地址信令通過固定收發(fā)器傳入控制終端；
[0012] 請求地址信令記載了該發(fā)送端要通信連接的接收端用戶地址；
[0013] 步驟四、在終端直通可見光通信模型中，建立發(fā)送端用戶和接收端用戶的之間Ξ 種通信模式；
[0014] Ξ種通信模式為:直接通信模式，間接通信模式和混合通信模式。
[0015] (1)直接通信模式:發(fā)送端用戶和接收端用戶直接進(jìn)行通信；
[0016] (2)間接通信模式:發(fā)送端用戶將通信信號通過固定收發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)給接收端用戶；
[0017] (3)混合通信模式:發(fā)送端用戶與接收端客戶之間直接通信，同時(shí)發(fā)送端用戶將通 信信號經(jīng)過固定收發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)給接收端用戶進(jìn)行通信。
[0018] 混合通信模式包括兩個(gè)鏈路，分別為主要鏈路和輔助鏈路;主要鏈路負(fù)責(zé)傳輸信 號而輔助鏈路負(fù)責(zé)傳輸信令；當(dāng)主要鏈路不滿足用戶要求時(shí)，輔助鏈路充當(dāng)主要鏈路傳輸 信號。
[0019] 步驟五、控制終端根據(jù)請求地址信令，分別計(jì)算Ξ種通信模式下接收端的接收信 號；
[0020] 發(fā)送端用戶和接收端用戶之間的接收信號公式如下；
[0021] yi,i,u = aPi,i,uHi.i,u(0)Xi,i,u+m,i,u (1)
[0022] 其中1 = 1代表直接通信模式;1 = 2代表間接通信模式和1 = 3代表混合通信模式。U ￡{1，2}代表第11化跳，〇是接收器的功率放大倍數(shù)，內(nèi),1,。是發(fā)送端用戶瑜發(fā)送功率;化1,。是 發(fā)送端用戶i的發(fā)送信號;m,i,u是功率譜密度為N日的高斯白噪聲。出,i,u(0)是信道直流增益， 由公式(2)可得：
[0023]
[0024] 其中m是朗伯指數(shù)，A是光電二極管探測器(PD)的物理面積，Ddi,i,u是發(fā)送端用戶i 與接收端用戶j之間的距離；Φ 1,1,U是光電二極管探測器的福射角，Φι,Ι,υ是光電二極管探測 器的入射角，Ts(4i,l,u)是光濾波器增益，Ψ。表示接收器的視場角;是光集中器的增 益，表示為：
[0025]
(3)
[00%]其中η代表光電二極管探測器的折射率。
[0027] 由此可知:Ξ種通信模式下，發(fā)送端用戶和接收端用戶之間的接收信號分別如下：
[0028] 直接通信模式下:根據(jù)公式(1)計(jì)算得到的接收信號為yi,1,1;
[0029] 間接通信模式下:根據(jù)公式(1)計(jì)算得到的接收信號為yi,2,2;
[0030] 混合通信模式下的通信鏈路有兩條，接收信號yi,3如下：
[0031]
(64)
[00創(chuàng)用戶之間直接通信的接收信號為:yi,3 = aPi,i,i出
[00削用戶之間通過轉(zhuǎn)發(fā)通信的接收信號為:yi,3 = aPi,2,2Hi,2,2(0)(aPi,2,l&,2,l(0)Xi,2+ ni'2'i)+ni'2'2;
[0034]步驟六、控制終端根據(jù)接收信號分別計(jì)算Ξ種通信模式下的信噪比；
[00巧]信噪比為：
[0036]
(5)
[0037] No為功率譜密度；
[0038] 直接通信模式下，信噪比為
[0039] 間接通信模式下，信噪比為
[0040] 其中丫 1,2,1代表間接通信中第一跳的信噪比，丫 1,2,2代表間接通信中第二跳的信 噪比;田,2,1(0)相當(dāng)于第二跳的信道直流增益，表示為：
[0044] 當(dāng)用戶之間直接通信鏈路為主要鏈路時(shí)，混合模式的信噪比為：
[0045] 當(dāng)用戶之間間接通信鏈路為主要鏈路時(shí)，混合模式的信噪比為：
[0046]
[0047] 步驟屯、建立通信用戶效用函數(shù)模型(巧i(A,.，a ..))，并根據(jù)用戶信噪比分別計(jì)算Ξ t'i 種通信模式下的信道容量；
[004引通信用戶效用函數(shù)模型如下式：
[0049]
(8)
[0050] 其中，D代表所有選擇直接通信模式的用戶的策略集合，I代表所有選擇間接通信 模式的用戶的策略集合，Μ代表所有選擇混合通信模式的用戶的策略集合，at,1代表任意發(fā) 送端用戶i的策略，\，代表除發(fā)送端用戶iW外的用戶策略集合。
[0051] Ξ種通信模式下的信道容量分別為：
[0052] (1)直接通信模式下，信道容量為:辦、二l〇g(l +托1,1);
[0化3] (2)間接通信模式下，信道容量
[0054] 《苗表示t時(shí)刻，發(fā)送端用戶i通過第kth個(gè)固定收發(fā)器到達(dá)接收端j的信道容量，k ΕΚ。
[0化5] (3)混合通信模式下，信道容量巧天
[0056]步驟八、控制終端根據(jù)Ξ種模式下的信道容量進(jìn)行判斷，為發(fā)送端用戶選擇最優(yōu) 的通信模式；
[0化7] 具體步驟如下：
[0058]步驟801、當(dāng)某發(fā)送端用戶進(jìn)入終端直通可見光通信模型時(shí)，接入模式默認(rèn)為間接 通信模式；
[0化9]步驟802、判斷該用戶選擇間接通信模式時(shí)，系統(tǒng)的總策略矢量《ft是否使系統(tǒng)達(dá)到 納什均衡;如果是，則該用戶選擇間接模式為通信模式，其它用戶通信模式不變;否則，進(jìn)入 步驟803;
[0060]當(dāng)系統(tǒng)的整體最佳策略的集合矢量^滿足下列不等式時(shí)，系統(tǒng)能達(dá)到納什均衡： [0061 ]
(覆）
[0062]
'戈表整個(gè)系統(tǒng)效用函數(shù)的期望，4.,二OuMu/代表所 有用戶的策略集合; 代表任意發(fā)送端用戶i的最優(yōu)策略，戈表除發(fā)送端用戶iW外的其 他發(fā)送端用戶的最優(yōu)策略。
[0063] 步驟803、對該用戶在直接通信模式、間接通信模式和混合通信模式下的效用函數(shù) 進(jìn)行兩兩比較，并計(jì)算該用戶的策略矢量<,:，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到納什均衡時(shí)對應(yīng)的通信模式為其 最優(yōu)通信模式。
[0064] 當(dāng)任意發(fā)送端用戶i的策略矢量 滿足下列不等式，系統(tǒng)達(dá)到納什均衡；
[00化]
(10)
[0066] 步驟九、控制終端將選用的通信模式的連接信令分別發(fā)送至發(fā)送端用戶接收端用 戶，建立通信鏈路。
[0067] 步驟十、選擇下一個(gè)發(fā)送端用戶，重復(fù)步驟Ξ到步驟九，控制終端繼續(xù)為下一個(gè)發(fā) 送端用戶選擇最優(yōu)的通信模式，直至將所有有通信需求的發(fā)送端用戶建立通信鏈路。
[0068] 步驟十一、針對進(jìn)行通信的用戶對，判斷不同的用戶對是否借助同一固定收發(fā)器 進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，如果有，進(jìn)入步驟十二，否則，用戶對正常通信。
[0069] 步驟十二、針對使用同一固定收發(fā)器的所有用戶對，將每個(gè)用戶對從Ξ種通信模 式中選擇一種通信模式，將每個(gè)用戶對選出的通信模式組合在一起，形成通信模式組合；
[0070] 步驟十Ξ、分別計(jì)算每種通信模式組合下所有用戶對的效用函數(shù)的和，選擇效用 函數(shù)和最大的組合，作為所有用戶對的通信鏈路。
[0071] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0072] 1、一種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法，是建立在一個(gè)將可 見光通信和終端直通通信相結(jié)合的新的通信方式--終端直通的可見光通信（device-to- device visible light communication，D2D-VLC)基礎(chǔ)上的。
[0073] 2、一種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法，解決了終端對等的 可見光通信中的因遮擋而導(dǎo)致的通信質(zhì)量下降的問題。
[0074] 3、一種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法，包含了一種新的通 信模式一一混合通信模式，有助于提高通信質(zhì)量。
【附圖說明】
[0075] 圖1是本發(fā)明基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法流程圖；
[0076] 圖2是本發(fā)明建立的終端直通可見光通信模型示意圖；
[0077] 圖3是本發(fā)明N個(gè)移動(dòng)用戶接入終端直通可見光通信模型的連接示意圖；
[0078] 圖4是本發(fā)明控制終端為發(fā)送端用戶選擇最優(yōu)的通信模式方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0079] 下面結(jié)合附圖對具體實(shí)施方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0080] -種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法，如圖1所示，具體步驟 如下：
[0081 ]步驟一、建立基于模式協(xié)同選擇的終端直通可見光通信模型；
[0082] 如圖2所示，具體建立過程為:室內(nèi)的天花板上安裝K個(gè)發(fā)光二極管和K個(gè)光電二極 管，每個(gè)發(fā)光二極管和光電二極管作為一個(gè)固定收發(fā)器;室內(nèi)安裝一個(gè)協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器作為 控制終端；
[0083] 步驟二、將N個(gè)移動(dòng)用戶分別接入終端直通可見光通信模型并初始化。
[0084] 每個(gè)移動(dòng)用戶都有一個(gè)用戶收發(fā)器;首次進(jìn)入終端直通可見光通信模型的某個(gè)移 動(dòng)用戶，將離自己最近的固定收發(fā)器作為最初的通信接入點(diǎn)，同時(shí)，其它已在該通信模型中 的用戶保持原有通信鏈路。
[0085] 如圖3所示，每個(gè)固定收發(fā)器均連接η個(gè)用戶收發(fā)器，K個(gè)固定收發(fā)器總共連接N個(gè) 用戶收發(fā)器，Κ個(gè)固定收發(fā)器均連接協(xié)調(diào)器/控制終端；用戶收發(fā)器通過可見光通信，將要通 信連接的接收端用戶的地址信息傳遞給固定收發(fā)器，固定收發(fā)器傳輸給協(xié)調(diào)器/控制終端， 經(jīng)過計(jì)算，協(xié)調(diào)器/控制終端將控制信令返回固定收發(fā)器，從而發(fā)送給用戶收發(fā)器，控制發(fā) 送端用戶和接收端用戶選擇最優(yōu)的通信模式進(jìn)行通訊；
[0086] 步驟Ξ、針對要進(jìn)行通話的兩個(gè)移動(dòng)用戶，發(fā)送端的用戶將自己的位置信息W及 請求地址信令通過固定收發(fā)器傳入控制終端；
[0087] 請求地址信令記載了該發(fā)送端要通信連接的接收端用戶地址；
[0088] 步驟四、在終端直通可見光通信模型中，建立發(fā)送端用戶和接收端用戶的之間Ξ 種通信模式；
[0089] 成對的通信用戶用Ρ二;'/，./陳示，其中?ΕΝτ,Ντ代表發(fā)送端用戶的集合，j eNr，Nr代表接收端用戶的集合;N=陽T，Nr};
[0090] Ξ種通信模式為:直接通信模式，間接通信模式和混合通信模式。
[0091 ] (1)直接通信模式:發(fā)送端用戶和接收端用戶直接進(jìn)行通信；
[0092] (2)間接通信模式:發(fā)送端用戶將通信信號通過固定收發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)給接收端用戶；
[0093] (3)混合通信模式：同時(shí)滿足前兩種通信模式，發(fā)送端用戶與接收端客戶之間直接 通信，同時(shí)發(fā)送端用戶將通信信號經(jīng)過固定收發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)行通信?；旌贤ㄐ拍Ｊ桨▋蓚€(gè) 鏈路，分別為主要鏈路和輔助鏈路；
[0094] 主要鏈路負(fù)責(zé)傳輸信號而輔助鏈路負(fù)責(zé)傳輸信令。只有當(dāng)主要鏈路不再能夠滿足 用戶要求時(shí)，輔助鏈路開始充當(dāng)主要鏈路傳輸信號。
[00Μ]步驟五、控制終端根據(jù)請求地址信令，分別計(jì)算Ξ種通信模式下接收端的接收信 號；
[0096] 由于固定收發(fā)器的發(fā)送功率一定，采用基于接收信號強(qiáng)度(RSS)進(jìn)行粗略定位，信 號強(qiáng)度由接收信號得到，然后計(jì)算發(fā)送端用戶和接收端用戶之間的距離。
[0097] 考慮到路徑損耗，接收信號如下：
[009引 yi,i,u = aPi,i,uHi.i,u(0)Xi,i,u+m,i,u (1)
[0099] 其中1 = 1代表直接通信模式;1 = 2代表間接通信模式和1 = 3代表混合通信模式。U ￡{1，2}代表第11化跳，日是接收器的功率放大倍數(shù)，杠1,。是發(fā)送端用戶瑜發(fā)送信號。？1,1,。是 發(fā)送端用戶i的發(fā)送功率，ηι,ι,υ是功率譜密度為NO的高斯白噪聲。出,i,u(0)是信道直流增 益，由公式(2)可得：
[0100]
[0101] 其中A是光電二極管探測器的物理面積;m是朗伯指數(shù)，當(dāng)發(fā)光二極管的半照度角 為60度時(shí)，m=l;Ddi,i,u是發(fā)送端用戶i與接收端用戶j之間的距離；Φι,ι,υ是光電二極管探測 器的福射角，如,i,u是光電二極管探測器的入射角，光電二極管的0/Ε轉(zhuǎn)換效率看作0.53A/W; 當(dāng)用戶的接收器均水平放置時(shí)，Φι,Ι,υ與Φι,Ι,υ相等。Ts(lh,l,u)是光濾波器增益，Ψ。表示接收 器的視場角。是光集中器的增益，可表示為：
[0102]
(3)
[0103] 其中η代表光電二極管探測器的折射率。
[0104] 由此可知:Ξ種通信模式下，發(fā)送端用戶和接收端用戶之間的接收信號分別如下：
[0105] 直接通信模式下:根據(jù)公式(1)計(jì)算得到的接收信號為yi,1,1;
[0106] 間接通信模式下:根據(jù)公式(1)計(jì)算得到的接收信號為yi,2,2;
[0107] 混合通信模式下的通信鏈路有兩條，接收信號yi,3如下：
[010引
（斗》
[0109] 步驟六、控制終端根據(jù)接收信號分別計(jì)算Ξ種通信模式下的信噪比；；
[0110] 信噪比（signal to noise ratio,SNR)可表示為：
[0111]
(5)
[0112] No為功率譜密度；
[0113] (1)在直接通信模式下，信噪比為y,.
[0114] (2)在間接通信模式下，信噪比為
[0115] 其中丫 1,2,1和丫 1,2,2分別代表間接通信中第一跳和第二跳的信噪比，根據(jù)公式(5) 得到，田,2,1(0)相當(dāng)于第二跳的信道直流增益，表示為：
[0119] 步驟屯、建立通信用戶效用函數(shù)模型(巧別Α.,，β J)，并根據(jù)用戶信噪比分別計(jì)算Ξ l、i 種通信模式下的信道容量；
[0120] 本發(fā)明中選取Ξ種通信模式下不同的信道容量作為效用函數(shù)的最重要指標(biāo)。
[0121 ]對于每個(gè)用戶i來說，其效用函數(shù)如下式：
[0122]
(8)
[0123] 其中，D代表所有選擇直接通信模式的用戶的策略集合，I代表所有選擇間接通信 模式的用戶的策略集合，Μ代表所有選擇混合通信模式的用戶的策略集合， 代表所有用戶的策略總集，％ Ε為,代表任意發(fā)送端用戶i的策略，氣^代表除發(fā)送端用 戶iW外的用戶策略集合。
[0124] 根據(jù)步驟六中的信噪比得出Ξ種模式下的信道容量分別為：
[0125] (1)直接通信模式下，信道容量為化二|〇g(UVi」）；
[0126] (2)間接通信模式下，信道容量為巧>表示用戶對p= 通過第kth，化ΕΚ)個(gè)固 定L邸收發(fā)器的信道容量。根據(jù)多跳系統(tǒng)信道容量的定義，巧自;計(jì)算如下：
[0127]
[012引（3)混合通信模式下，信道容量為：
[0129]
[0130] 步驟八、控制終端根據(jù)Ξ種模式下的信道容量進(jìn)行判斷，為發(fā)送端用戶選擇最優(yōu) 的通信模式；
[0131] 當(dāng)某用戶進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)會(huì)將間接通信模式作為默認(rèn)的接入模式，運(yùn)個(gè)時(shí)候利用選擇 標(biāo)準(zhǔn)2來判斷該用戶是否應(yīng)選擇間接通信模式來進(jìn)行通信，即若滿足公式(9)則該用戶對選 擇間接模式為其通信模式，其他系統(tǒng)中用戶對通信模式不變;否則，利用選擇標(biāo)準(zhǔn)1來判定 對該用戶對哪種通信模式為最優(yōu)，選取其最優(yōu)通信模式為進(jìn)行通信的模式，周圍其他用戶 根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)2進(jìn)行判斷調(diào)整通信模式。
[0132] 為了最大化每個(gè)用戶的效用函數(shù)巧i.(A,，a>，根據(jù)最優(yōu)反應(yīng)動(dòng)態(tài)策略可得到選擇 t,i 標(biāo)準(zhǔn)1為：當(dāng)任意用戶i的策略矢量 滿足下列不等式，則該策略矢量 是使運(yùn)個(gè)博弈達(dá)到 納什均衡的必要條件。
[0133]
(1。）
[0134] 該不等式是為了選取某一用戶對在Ξ種不同通信模式下的最優(yōu)通信模式，即其他 用戶的選擇策略不變，對該用戶對在直接通信模式、間接通信模式和混合通信模式下的效 用函數(shù)進(jìn)行兩兩比較，取效用函數(shù)的最大值所對應(yīng)的通信模式為其最優(yōu)通信模式。即當(dāng)用 戶i的策略 <,滿足上述標(biāo)準(zhǔn)1，則可判定該用戶選擇了最優(yōu)通信模式。
[0135] 同理，根據(jù)最優(yōu)反應(yīng)策略得到的選擇標(biāo)準(zhǔn)2可W用于優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的效用函數(shù)，從 而使系統(tǒng)達(dá)到納什均衡。標(biāo)準(zhǔn)2為：當(dāng)系統(tǒng)的總策略矢量皆滿足下列不等式，則該系統(tǒng)的總 策略矢量<是使系統(tǒng)達(dá)到納什均衡的必要條件。
[0136]
[0137]
代表整個(gè)系統(tǒng)效用函數(shù)的期望，代表任意用戶i的 最優(yōu)策略;同理，冷代表系統(tǒng)整體最佳策略的集合。
[0138] 如圖4所示，具體步驟如下：
[0139] 步驟801、當(dāng)某發(fā)送端用戶進(jìn)入終端直通可見光通信模型時(shí)，接入模式默認(rèn)為間接 通信模式；
[0140] 步驟802、判斷該用戶選擇間接通信模式時(shí)，系統(tǒng)的總策略矢量共是否使系統(tǒng)達(dá)到 納什均衡;如果是，則該用戶選擇間接模式為通信模式，其它用戶通信模式不變;否則，進(jìn)入 步驟803;
[0141] 當(dāng)系統(tǒng)的總策略矢量 < 滿足下列不等式時(shí)，系統(tǒng)能達(dá)到納什均衡：
[0142]
(9)
[0143]
)代表整個(gè)系統(tǒng)效用函數(shù)的期望，代表任意發(fā)送端 用戶i的最優(yōu)策略；同理，戈表除發(fā)送端用戶iW外的其他發(fā)送端用戶的最優(yōu)策略;<代 表系統(tǒng)整體最佳策略的集合。
[0144] 步驟803、對該用戶在直接通信模式、間接通信模式和混合通信模式下的效用函數(shù) 進(jìn)行兩兩比較，并計(jì)算該用戶的策略矢量<,，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到納什均衡時(shí)對應(yīng)的通信模式為其 最優(yōu)通信模式。
[0145] 當(dāng)任意發(fā)送端用戶i的策略矢量 滿足下列不等式，系統(tǒng)達(dá)到納什均衡；
[0146]
。日）
[0147] 通過用戶選擇不同通信模式下的效用函數(shù)的比較，根據(jù)選擇標(biāo)準(zhǔn)1最優(yōu)通信模式 并建立通信鏈路。當(dāng)系統(tǒng)中用戶過多時(shí)，為了達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的納什均衡，需要根據(jù)選擇標(biāo)準(zhǔn) 2進(jìn)行再次比較選擇。經(jīng)過W上兩個(gè)比較確定各個(gè)用戶的通信模式，建立通信鏈路。系統(tǒng)建 立后，標(biāo)準(zhǔn)2用于判斷整個(gè)系統(tǒng)的整體策略的正確性，選擇標(biāo)準(zhǔn)1適用于判斷單個(gè)用戶對策 略的正確性(最優(yōu)通信模式）。
[0148] 其中策略矢量是指用戶的最佳策略選擇，在專利中可簡單的看做是最優(yōu)通信模式 類型的選擇結(jié)果集合。比如說，當(dāng)用戶i的最優(yōu)通信模式是直接通信時(shí)，就是在該模式下 用戶i的信息集合，包括位置信息、地址信息、信噪比等，W此來計(jì)算其效用函數(shù);策略不需 要計(jì)算，是接收信息和計(jì)算后的結(jié)果集合。
[0149] 步驟九、控制終端將選用的通信模式的連接信令分別發(fā)送至發(fā)送端用戶接收端用 戶，建立通信鏈路。
[0150] 根據(jù)最優(yōu)反應(yīng)動(dòng)態(tài)策略，當(dāng)新的鏈路建立或者已有的鏈路斷開時(shí)，系統(tǒng)的參數(shù)會(huì) 進(jìn)行更新，W便進(jìn)行下一次的通信模式選擇。
[0151] 步驟十、選擇下一個(gè)發(fā)送端用戶，重復(fù)步驟Ξ到步驟九，控制終端繼續(xù)為下一個(gè)發(fā) 送端用戶選擇最優(yōu)的通信模式，直至將所有有通信需求的發(fā)送端用戶建立通信鏈路。
[0152] 步驟十一、針對進(jìn)行通信的用戶對，判斷不同的用戶對是否借助同一固定收發(fā)器 進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，如果有，進(jìn)入步驟十二，否則，用戶對正常通信。
[0153] 步驟十二、針對使用同一固定收發(fā)器的所有用戶對，將每個(gè)用戶對從Ξ種通信模 式中選擇一種通信模式，將每個(gè)用戶對選出的通信模式組合在一起，形成通信模式組合；
[0154] 步驟十Ξ、分別計(jì)算每種通信模式組合下所有用戶對的效用函數(shù)的和，選擇效用 函數(shù)和最大的組合，作為所有用戶對的通信鏈路。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法，其特征在于，具體步驟 如下： 步驟一、建立基于模式協(xié)同選擇的終端直通可見光通信模型； 步驟二、將N個(gè)移動(dòng)用戶分別接入終端直通可見光通信模型并初始化； 步驟三、針對要進(jìn)行通話的兩個(gè)移動(dòng)用戶，發(fā)送端的用戶將自己的位置信息以及請求 地址信令通過固定收發(fā)器傳入控制終端； 步驟四、在終端直通可見光通信模型中，建立發(fā)送端用戶和接收端用戶的之間三種通 信模式； 步驟五、控制終端根據(jù)請求地址信令，分別計(jì)算三種通信模式下接收端的接收信號； 步驟六、控制終端根據(jù)接收信號分別計(jì)算三種通信模式下的信噪比； 步驟七、建立通信用戶效用函數(shù)模型（尺i(氣ρβ ..))，并根據(jù)用戶信噪比分別計(jì)算三種通 信模式下的信道容量； 步驟八、控制終端根據(jù)三種模式下的信道容量進(jìn)行判斷，為發(fā)送端用戶選擇最優(yōu)的通 信模式； 步驟九、控制終端將選用的通信模式的連接信令分別發(fā)送至發(fā)送端用戶接收端用戶， 建立通信鏈路； 步驟十、選擇下一個(gè)發(fā)送端用戶，重復(fù)步驟三到步驟九，控制終端繼續(xù)為下一個(gè)發(fā)送端 用戶選擇最優(yōu)的通信模式，直至將所有有通信需求的發(fā)送端用戶建立通信鏈路； 步驟十一、針對進(jìn)行通信的用戶對，判斷不同的用戶對是否借助同一固定收發(fā)器進(jìn)行 轉(zhuǎn)發(fā)，如果有，進(jìn)入步驟十二，否則，用戶對正常通信； 步驟十二、針對使用同一固定收發(fā)器的所有用戶對，將每個(gè)用戶對從三種通信模式中 選擇一種通信模式，將每個(gè)用戶對選出的通信模式組合在一起，形成通信模式組合； 步驟十三、分別計(jì)算每種通信模式組合下所有用戶對的效用函數(shù)的和，選擇效用函數(shù) 和最大的組合，作為所有用戶對的通信鏈路。2. 如權(quán)利要求1所述的一種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法，其 特征在于，所述的步驟一的具體建立過程為:室內(nèi)的天花板上安裝K組固定收發(fā)器;每組固 定收發(fā)器包括一個(gè)發(fā)光二極管和一個(gè)光電二極管;室內(nèi)安裝一個(gè)協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器作為控制 終端。3. 如權(quán)利要求1所述的一種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法，其 特征在于，所述的步驟二中，首次進(jìn)入終端直通可見光通信模型的某個(gè)移動(dòng)用戶，將離自己 最近的固定收發(fā)器作為最初的通信接入點(diǎn)。4. 如權(quán)利要求1所述的一種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法，其 特征在于，所述的步驟四中，三種通信模式為:直接通信模式，間接通信模式和混合通信模 式； (1) 直接通信模式:發(fā)送端用戶和接收端用戶直接進(jìn)行通信； (2) 間接通信模式:發(fā)送端用戶將通信信號通過固定收發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)給接收端用戶； (3) 混合通信模式:發(fā)送端用戶與接收端客戶之間直接通信，同時(shí)發(fā)送端用戶將通信信 號經(jīng)過固定收發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)給接收端用戶進(jìn)行通信。5. 如權(quán)利要求1所述的一種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法，其 特征在于，所述的步驟五，具體為： 發(fā)送端用戶和接收端用戶之間的接收信號公式如下； yi, 1, u一 〇Ρ?, 1,uHi. 1, u(Ο )Xi, 1, u+Ili, 1,u ( 1 ) 其中1 = 1代表直接通信模式；1 = 2代表間接通信模式和1 = 3代表混合通信模式;u e {1，2}代表第uth跳，α是接收器的功率放大倍數(shù)，P1;1,u是發(fā)送端用戶i的發(fā)送功率; Xl,1>u是發(fā) 送端用戶i的發(fā)送信號;m,μ是功率譜密度為No的高斯白噪聲AuWO)是信道直流增益，由 公式(2)可得：其中m是朗伯指數(shù)，A是光電二極管探測器(PD)的物理面積，Dd^u是發(fā)送端用戶i與接 收端用戶j之間的距離；Φ Hu是光電二極管探測器的輻射角，隊(duì)^^是光電二極管探測器的 入射角是光濾波器增益，Ψ。表示接收器的視場角；是光集中器的增益， 表示為：其中η代表光電二極管探測器的折射率； 由此可知:三種通信模式下，發(fā)送端用戶和接收端用戶之間的接收信號分別如下： (1) 直接通信模式下:根據(jù)公式(1)計(jì)算得到的接收信號為y1; :; (2) 間接通信模式下:根據(jù)公式(1)計(jì)算得到的接收信號為71,2,2; (3) 混合通信模式下的通信鏈路有兩條，接收信號yi,3如下：用戶之間直接通信的接收信號為:yi,3 = aPi,i,iHi,i,i(0)Xi,i+m,i,i; 用戶之間通過轉(zhuǎn)發(fā)通信的接收信號為:7^3 = (^,2,2^2,2(0)((^,2,^,24(0)^,2+1^2,0 +m，2,2〇6. 如權(quán)利要求1所述的一種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法，其 特征在于，所述的步驟六具體為： 信噪比計(jì)算公式如下：No為功率譜密度； (1)直接通信模式下，信噪比為：Yii \Υ{·7 7 ⑵間接通信模式下，信噪比為扣; 其中γ 代表間接通信中第一跳的信噪比，γ1>2,2代表間接通信中第二跳的信噪比； 比,2>1(〇)相當(dāng)于第二跳的信道直流增益，表示為：(：6) (3)混合通信模式下，信噪比為：(7) 當(dāng)用戶之間直接通信鏈路為主要鏈路時(shí)，混合模式的信噪比為當(dāng)用戶之間間接通信鏈路為主要鏈路時(shí)，混合模式的信噪比為：7.如權(quán)利要求1所述的一種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法，其 特征在于，所述的步驟七具體為： 通信用戶效用函數(shù)模型如下式：其中，D代表所有選擇直接通信模式的用戶的策略集合，I代表所有選擇間接通信模式 的用戶的策略集合，Μ代表所有選擇混合通信模式的用戶的策略集合，at,表任意發(fā)送端 用戶i的策略代表除發(fā)送端用戶i以外的用戶策略集合； 三種通信模式下的信道容量分別為： (1) 直接通信模式下，信道容量為：= l〇g( 1 + A u); (2) 間接通信模式下，信道容量為：min(log(l 表示t時(shí)刻，發(fā)送端用戶i通過第kth個(gè)固定收發(fā)器到達(dá)接收端j的信道容量，keK; (3)混合通信模式下，信道容量為：8.如權(quán)利要求1所述的一種基于博弈論的對等可見光通信終端模式協(xié)同選擇方法，其 特征在于，所述的步驟八具體為： 步驟801、當(dāng)某發(fā)送端用戶進(jìn)入終端直通可見光通信模型時(shí)，接入模式默認(rèn)為間接通信 模式； 步驟802、判斷該用戶選擇間接通信模式時(shí)，系統(tǒng)的總策略矢量 < 是否使系統(tǒng)達(dá)到納什 均衡;如果是，則該用戶選擇間接模式為通信模式，其它用戶通信模式不變;否則，進(jìn)入步驟 803； 當(dāng)系統(tǒng)的整體最佳策略的集合矢量 < 滿足下列不等式時(shí)，系統(tǒng)能達(dá)到納什均衡：C9)....._ 7 1 ?;.代表整個(gè)系統(tǒng)效用函數(shù)的期望，= 代表所有用 at：i '7 戶的策略集合代表任意發(fā)送端用戶i的最優(yōu)策略^代表除發(fā)送端用戶i以外的其他發(fā) hi 送端用戶的最優(yōu)策略； 步驟803、對該用戶在直接通信模式、間接通信模式和混合通信模式下的效用函數(shù)進(jìn)行 兩兩比較，并計(jì)算該用戶的策略矢量 當(dāng)策略矢量 滿足下列不等式：(1U) 系統(tǒng)達(dá)到納什均衡，對應(yīng)的通信模式為其最優(yōu)通信模式。
【文檔編號】H04B10/114GK105871460SQ201610172851
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月24日
【發(fā)明人】黃治同, 劉雨欣, 紀(jì)越峰
【申請人】北京郵電大學(xué)