基于vcg機(jī)制的防騙頻譜資源分配方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無線通信技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種基于VCG機(jī)制的防騙頻譜資源分 配方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著無線通信業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，無線網(wǎng)絡(luò)有限的頻譜資源正面臨著日益緊缺的問 題。而認(rèn)知無線電（Cognitive Radio，CR)技術(shù)作為一種新型的智能頻譜共享技術(shù)通過靈活 的動態(tài)頻譜接入技術(shù)成為有效解決頻譜資源緊張與頻譜利用率不高之間矛盾的新途徑。
[0003] 目前國內(nèi)外對CR技術(shù)已經(jīng)有了許多成果，特別是作為CR技術(shù)核屯、環(huán)節(jié)的頻譜檢測 (spectrum sensing)技術(shù)。然而如何確保頻譜檢測后所獲知頻譜資源能夠合理、有效及可 靠的分配給用戶使用仍然是一個亟待解決的問題。很多有效的頻譜分配管理策略，例如； Chang等提出的一種基于Vickrey拍賣的頻譜管理策略，Niyato等采用雙拍賣（double auction)理論來建立頻譜買賣模型等等;雖然能夠提高頻譜的利用率，但是運(yùn)些方法都是 假設(shè)用戶是誠實(shí)的，其提供的私人信息都是真實(shí)的前提下實(shí)現(xiàn)的。然而在CR環(huán)境中，用戶往 往是自私的，總希望能采取夸大自身需求來欺騙其他用戶W獲得更多的接入頻譜的機(jī)會， 從而達(dá)到最大化自身利益的目的。針對運(yùn)種狀況，Perugia考慮次用戶自私所帶來的對整個 系統(tǒng)資源分配不公平的問題，提出了一種結(jié)合機(jī)制設(shè)計(mechanism design)的機(jī)會式調(diào)度 算法的議價機(jī)制(pr i C i ng me chan i sm)來確保每個理性(rat i ona 1)自私的次用戶最大化自 身收益的同時最大化系統(tǒng)效益;而Wang等通過對雙拍賣機(jī)制設(shè)計和貝葉斯機(jī)制設(shè)計兩種基 于博弈理論的方法的分析和比較來設(shè)計防欺騙和防共盟(collusion-resis化nt)的議價機(jī) 制W提高頻譜資源的利用率及公平性。上述方法雖然能改善頻譜資源分配的性能，但是所 提方案都是認(rèn)為資源是由主用戶分配給次用戶使用的，然而實(shí)際情況中，主用戶往往不止 一個，主用戶間對頻譜資源也是一種競爭模式。而且由于主用戶的優(yōu)先級，可能導(dǎo)致某個自 私的主用戶為了不讓其他主用戶使用其具有授權(quán)的信道而夸大自身傳輸需求而獨(dú)占信道， 從而造成系統(tǒng)總收益的下降和信道的閑置。因此，針對運(yùn)種情況，設(shè)計符合CR的特點(diǎn)，能夠 提供有效地、可靠地對用戶(尤其是主用戶）的運(yùn)種自私行為加 W控制的方法已成為本領(lǐng)域 技術(shù)人員亟待解決的技術(shù)課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于Vickr巧-Clark-G;roves(VCG)機(jī)制 并結(jié)合考慮用戶優(yōu)先級的兩段式頻譜資源分配方法，該方法能確保用戶提供信息的真實(shí) 性，從而達(dá)到提高系統(tǒng)收益和信道利用率的目的。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:提供一種基于VCG機(jī)制的防騙 頻譜資源分配方法，包括W下步驟：
[0006] 步驟S1:主用戶PUs和次用戶SUs分別根據(jù)自身的私人信息qpu和qsu提出與單位資 源吞吐量需求匹配的申請；
[0007]步驟S2 ;系統(tǒng)接收用戶中請后，根據(jù)PUs申請的qpu計算得到ο;。；并根據(jù)所述毎。給 主用戶分配信道并計算稅后的主用戶總收益相。；其中爲(wèi)0 ，ΚΜ表示；
[000引步驟S3:在信道有空閑時，根據(jù)SUs申請的qsu計算瑪根據(jù)所述遠(yuǎn)￡.,給次用戶分配 信道并計算稅后的次用戶總收益巧;。.；其中4, = 。
[0009] 為解決上述問題，本發(fā)明還提供一種基于VCG機(jī)制的防騙頻譜資源分配系統(tǒng)，包 括：
[0010] 需求申請模塊，用于主用戶PUs和次用戶SUs分別根據(jù)自身的私人信息qpu和qsu提 出與單位資源吞吐量需求匹配的申請；
[00川主用戶計算模塊，用于系統(tǒng)接收用戶申請后，根據(jù)PUs申請的qPu計算得到也；并 根據(jù)所述<4給主用戶分配信道并計算稅后的主用戶總收益苗。；其中苗。=發(fā)-jW(yw)，KM 表不；
[001^ 次用戶計算模塊，用于在信道有空閑時，根據(jù)洲S申請的qsu計算每;根據(jù)所述端 給次用戶分配信道并計算稅后的次用戶總收益;4,;其中&,. = KM(gw)。
[0013] 本發(fā)明的有益效果在于：區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過主用戶與次用戶的私人信 息提交與單位資源吞吐量需求匹配的申請，計算獲得最佳組合，并據(jù)此向主用戶分配信道 并計算稅后的主用戶總收益，W及分配信道用于計算稅后的次用戶總收益。通過上述方式， 本發(fā)明運(yùn)算量適中，實(shí)現(xiàn)簡單，充分考慮了時間和移動性的影響，非常適合認(rèn)知無線電的應(yīng) 用場景，本發(fā)明提出了一種基于VCG機(jī)制的防騙頻譜資源分配策略，確保了用戶提供信息的 真實(shí)性，從而達(dá)到提高系統(tǒng)收益和信道利用率;并有效地避免了自私用戶的虛報行為，保證 了系統(tǒng)的收益和信道利用率。
【附圖說明】
[0014] 圖1為本發(fā)明方法實(shí)施例一的流程示意圖；
[0015] 圖2為本發(fā)明系統(tǒng)實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，W下結(jié)合實(shí)施方式并配合附 圖予W說明。
[0017] 本發(fā)明最關(guān)鍵的構(gòu)思在于:通過私人信息提出匹配資源吞吐量需求的申請，并計 算最佳組合，根據(jù)分配的信道，分別獲得主用戶與次用戶的總收益。
[0018] 請參照圖1，本發(fā)明提供一種基于VCG機(jī)制的防騙頻譜資源分配方法，包括W下步 驟：
[0019] 步驟S1:主用戶PUs和次用戶SUs分別根據(jù)自身的私人信息提出與單位資源吞吐量 需求匹配的申請qpu和qsu;
[0020] 步驟S2;系統(tǒng)接收用戶申請后，根據(jù)PUs申請的qPu計算得到;并根據(jù)所述每。給 主用戶分配信道并計算稅后的主用戶總收益而其中站u=KM(9w)，KM為經(jīng)典的KM 化址n-Munkras)算法。KM算法：（全稱是K址n-Munkras，是運(yùn)兩個人在1957年提出的）；
[0021] 步驟S3:在信道有空閑時，根據(jù)洲S申請的qsu計算遍/ ;根據(jù)所述苗U給次用戶分配 信道并計算稅后的次用戶總收益心.其中 ' ' ' ，. ?
[0022] 在本實(shí)施例中，所述步驟S1中若在認(rèn)知無線電環(huán)境中，則認(rèn)知基站作為頻譜資源 分配調(diào)度的中屯、控制點(diǎn)。其中步驟S1中，主用戶PUs和次用戶SUs分別根據(jù)自身對頻譜資源 的需求而提出的吞吐量需求申請qpu和qsu。
[002引在本實(shí)施例中，所述步驟S 2和S 3中計算最佳組合而二,,,)和 式，=/CM((K,)采用W下公式計算：
[0024]
[0025] 其中，Ok為系統(tǒng)的最佳分配收益結(jié)果，表示系統(tǒng)在用戶k參加的情況下，所有的申 請用戶得到的資源分配結(jié)果，其為一個定值;0*為基站根據(jù)各個用戶申請的資源計算不同 組合的信道分配的總收益，不同信道分配組合;其中qi為用戶根據(jù)自身信息提出qi單位資源 的吞吐量需求申請，采用W下公式：
[0026] q = log2(l+Q · 丫），其4
[0027] 其中Q為信道的傳輸效率，由邸RtaT(目標(biāo)比特誤碼率，target bit-error-rate)決 定；丫表示接收方的信噪比。
[002引用戶i申請qi單位資源，獲得接入信道c(ceC)的許可，用戶i的收益函數(shù)m(qi，0k) 為用戶收益函數(shù)：
[0029]
[0030] 其中V(qi)為用戶的基本收益函數(shù)，它對所有用戶(包括主用戶PU，次用戶SU)均相 同，表示該用戶向系統(tǒng)申請接入信道W傳輸qi單位數(shù)據(jù)得到許可后獲得的利潤；。作為收益 函數(shù)必須滿足W下條件：
[0031] (1)當(dāng)用戶i沒有申請資源時，即91 = 0，則八0)=0;
[0032] (2)用戶i申請的qi增加則其基本收益增加，則可設(shè)V(qi)是單調(diào)遞增函數(shù)，有V' (qi)〉〇,因而用戶可能為最大化自身收益而夸大其申請量；
[0033] (3)由于在實(shí)際情況中，用戶每次要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量必須由自身緩存隊列情況而定， 而根據(jù)現(xiàn)有的軟硬件水平，一個PU或SU不可能具有太大的緩存，因此在系統(tǒng)中，用戶申請的 資源