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一種基于二分圖的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣方法

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一種基于二分圖的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于二分圖的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣方法,首先拍賣控制中心收集主用戶擁有的頻譜信息及認(rèn)知用戶競(jìng)標(biāo)頻譜的投標(biāo)信息;然后拍賣控制中心初始化頻譜組合拍賣的二分圖;接著拍賣控制中心對(duì)組合頻譜拍賣執(zhí)行勝者決策算法決定獲得分配的認(rèn)知用戶;最后拍賣控制中心計(jì)算頻譜拍賣收入,并發(fā)送消息給認(rèn)知用戶進(jìn)行通告。本發(fā)明克服目前多頻譜擁有者多認(rèn)知用戶競(jìng)拍者存在的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣性能和公平性不足的問(wèn)題,有效地提升頻譜拍賣收入,且能保障分配頻譜給更多的認(rèn)知用戶,保證頻譜拍賣的合理性和真實(shí)性。
【專利說(shuō)明】
-種基于二分圖的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域,特別是一種基于二分圖的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜 組合拍賣方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 認(rèn)知無(wú)線電技術(shù)是下一代無(wú)線通信系統(tǒng)重要侯選技術(shù),頻譜分配是認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng) 絡(luò)物理層的關(guān)鍵技術(shù),頻譜分配的目標(biāo)是滿足認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)用戶通信帶寬需求并保障通 信的服務(wù)質(zhì)量。拍賣機(jī)制是實(shí)現(xiàn)頻譜分配高效利用的有效手段,通過(guò)設(shè)計(jì)合理的拍賣機(jī)制 保證頻譜拍賣的合理性和真實(shí)性,進(jìn)而使得頻譜資源的使用效用最大化。
[0003] 現(xiàn)有的多拍賣人多競(jìng)拍人的頻譜拍賣方法中假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中存在1={1,2,一111}個(gè)主 用戶頻譜擁有者和Ν={1,2,···η}個(gè)認(rèn)知用戶頻譜競(jìng)拍者,主用戶iEM擁帶的信道數(shù)量和對(duì) 應(yīng)信道帶寬分別用Cl和bi來(lái)表示,則主用戶的信道數(shù)量向量和信道帶寬向量可分別表示為C =(C1 ,C2,和B = (bi ,b2, 。假設(shè)認(rèn)知用戶j EN的滿足通信的頻譜需求和投標(biāo)價(jià)格 為W,認(rèn)知用戶j向主用戶頻譜拍賣者i請(qǐng)求的信道數(shù)量用WU表示且% ^,則認(rèn)知用戶 向網(wǎng)絡(luò)中所有主用戶同一時(shí)刻競(jìng)拍的頻譜數(shù)量向量用W尸(WU,W2j,···Wmj)表示,認(rèn)知用戶 頻譜競(jìng)拍人的的投標(biāo)組合為sebj={山,Pj,WJ。認(rèn)知用戶由于移動(dòng)設(shè)備的特性原因假設(shè)不 能同時(shí)獲得兩個(gè)及W上的主用戶頻譜,且主用戶的分配給所有競(jìng)標(biāo)的認(rèn)知用戶信道數(shù)量總 和必須小于其擁有的信道數(shù)量。在上述定義的基礎(chǔ)上頻譜拍賣可W描述成最化大頻譜拍賣 收入的最優(yōu)化模型,給出了一種對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式近似算法求解頻譜拍賣模型,該方法首先根 據(jù)對(duì)認(rèn)知用戶進(jìn)行排序,對(duì)認(rèn)知用戶根據(jù)Cibi進(jìn)行升序進(jìn)行排序。根據(jù)認(rèn)知用戶排序 的順序進(jìn)行第一輪貪婪頻譜分配,為改善貪婪分配的頻譜拍賣收入,利用局部交換的思想 對(duì)第一輪貪婪分配進(jìn)行改進(jìn),該局部交換包括主用戶頻譜重排,認(rèn)知用戶的分配交換、認(rèn)知 用戶的替換等Ξ個(gè)過(guò)程。上述的勝者決策算法可使頻譜拍賣達(dá)到次優(yōu)的分配結(jié)果,拍賣過(guò) 程中的獲得頻譜分配認(rèn)知用戶j實(shí)際支付為其阻塞的認(rèn)知用戶集合中的最大值柬認(rèn) 知用戶j的帶寬需求的平方根即該頻譜分配方法獲得了較高的頻譜拍賣收入和社會(huì) 福利,有效地提升買家滿意度,實(shí)現(xiàn)頻譜拍賣效率的高效利用。
[0004] 申請(qǐng)?zhí)枮?014104363803的中國(guó)專利公開(kāi)了一種基于干擾信息的真實(shí)性動(dòng)態(tài)雙向 頻譜拍賣方法,該方法獲取當(dāng)前時(shí)刻參與競(jìng)拍當(dāng)前頻譜的競(jìng)拍者所要求的頻譜占用時(shí)間; 根據(jù)所述競(jìng)拍者所要求的頻譜占用時(shí)間和競(jìng)拍者在當(dāng)前時(shí)刻占有當(dāng)前頻譜的價(jià)值向量,計(jì) 算得到競(jìng)拍者對(duì)應(yīng)當(dāng)前頻譜的機(jī)會(huì)成本;將競(jìng)拍者所要求的頻譜占用時(shí)間與對(duì)應(yīng)的干擾折 價(jià)相乘,若乘積大于所述競(jìng)拍者對(duì)應(yīng)當(dāng)前頻譜的機(jī)會(huì)成本,則當(dāng)前競(jìng)拍者取得競(jìng)拍當(dāng)前頻 譜的資格;根據(jù)競(jìng)拍者的競(jìng)拍資格進(jìn)行針對(duì)異質(zhì)頻譜的真實(shí)性雙重拍賣,直至頻譜拍賣成 功。該發(fā)明將競(jìng)拍者之間的干擾信息加入競(jìng)拍考慮范圍,可w有效的提高頻譜利用率。
[0005] 申請(qǐng)?zhí)枮?010102778033的中國(guó)專利公開(kāi)了一種認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法,該方 法包括:至少一個(gè)次要用戶對(duì)至少一個(gè)頻段分別進(jìn)行頻譜檢測(cè),然后把頻譜檢測(cè)的結(jié)果發(fā) 送給超級(jí)節(jié)點(diǎn);超級(jí)節(jié)點(diǎn)給發(fā)送來(lái)頻譜檢測(cè)結(jié)果的次要用戶增加正比于正確檢測(cè)數(shù)目的投 標(biāo)信用點(diǎn)數(shù);超級(jí)節(jié)點(diǎn)把投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù)信息發(fā)送給次要用戶,次要用戶如果參與投標(biāo),則至 少投出一個(gè)標(biāo),投標(biāo)總額不超過(guò)該次要用戶擁有的投標(biāo)信用點(diǎn)數(shù);次要用戶把投標(biāo)信息發(fā) 送給超級(jí)節(jié)點(diǎn);超級(jí)節(jié)點(diǎn)選出數(shù)目不超過(guò)可用頻段的數(shù)目的標(biāo)值最大的投標(biāo)作為選中的 標(biāo);超級(jí)節(jié)點(diǎn)把中標(biāo)結(jié)果和可用頻段分配信息發(fā)送給次要用戶。
[0006] 申請(qǐng)?zhí)枮?01410325198.0的中國(guó)專利公開(kāi)了一種一種針對(duì)異質(zhì)頻譜的真實(shí)性雙 重拍賣方法,該方法將待拍賣的各段頻譜排列;接收競(jìng)拍者提交的出價(jià)向量;創(chuàng)建競(jìng)拍結(jié)點(diǎn) 和虛擬競(jìng)拍結(jié)點(diǎn);判斷所述頻譜集和所述虛擬競(jìng)拍結(jié)點(diǎn)集是否均不為空,是則將排序最前 的頻譜從所述頻譜集中取出,且為該頻譜建立頻譜干擾圖,否則停止;尋找獨(dú)立集;獨(dú)立集 內(nèi)除最低出價(jià)的虛擬競(jìng)拍結(jié)點(diǎn)外所有虛擬競(jìng)拍結(jié)點(diǎn)均獲得該段頻譜,且獨(dú)立集的組出價(jià)由 獲得者分?jǐn)?。該發(fā)明中競(jìng)拍者提交的為出價(jià)向量,運(yùn)可保證競(jìng)拍者可W對(duì)不同頻譜出具不 同的估價(jià),W保證對(duì)單段頻譜的估價(jià)更為合理;各段頻譜均根據(jù)自身頻率創(chuàng)建頻譜干擾圖, 使得在保證非干擾者之間的絕對(duì)非干擾關(guān)系,又可使得頻譜的復(fù)用率達(dá)到最大化。
[0007] 現(xiàn)有的多拍賣人多競(jìng)拍人的頻譜拍賣方法使用貪婪的方式獲得進(jìn)行頻譜最優(yōu)分 配,由于進(jìn)行分配時(shí)未從全局最優(yōu)的情況進(jìn)行考量,因此其獲得的最優(yōu)頻譜分配結(jié)果離理 論最優(yōu)分配結(jié)果存在一定差距,且頻譜拍賣過(guò)程中的買家滿意度和如何給予買家的公平性 分配方面存在提升的空間。
[0008] 申請(qǐng)?zhí)枮?014104363803的中國(guó)專利公開(kāi)的基于干擾信息的真實(shí)性動(dòng)態(tài)雙向頻譜 拍賣方法,該方法使用的是動(dòng)態(tài)雙向拍賣機(jī)制,使用干擾信息可提高頻譜利用率,但是該方 法拍賣的社會(huì)福利和賣家滿意度不是理論最優(yōu)的,且雙向拍賣模型的計(jì)算復(fù)雜度高,方法 也沒(méi)有考慮競(jìng)拍者之間的異構(gòu)頻譜需求。
[0009] 申請(qǐng)?zhí)枮?01410325198.0的中國(guó)專利公開(kāi)了一種一種針對(duì)異質(zhì)頻譜的真實(shí)性雙 重拍賣方法,該方法考慮各頻譜的異質(zhì)的情況分別對(duì)不同頻譜進(jìn)構(gòu)建頻譜干擾圖進(jìn)行拍 賣,該方法通過(guò)獨(dú)立集的先取進(jìn)行拍賣,其并不能保證拍賣收入達(dá)到理論的最優(yōu)值。該方法 并沒(méi)有考慮頻譜競(jìng)拍者異構(gòu)的需求性,使得其不能達(dá)到拍賣頻譜在異構(gòu)買家之間的公平性 分配和買家滿意度提升。
[0010] 申請(qǐng)?zhí)枮?010102778033的中國(guó)專利公開(kāi)了一種認(rèn)知無(wú)線電頻譜分配方法,該方 法通過(guò)超級(jí)節(jié)點(diǎn)收集頻譜檢測(cè)的結(jié)果并分配次用戶投標(biāo)信用,該方法沒(méi)有考慮競(jìng)標(biāo)用戶的 異構(gòu)頻譜需求,也沒(méi)有考慮認(rèn)知用戶組合競(jìng)拍的場(chǎng)景,其提出的方法也并不能達(dá)到最優(yōu)的 頻譜拍賣收入,較高的買家滿意度和使得盡可能多的競(jìng)拍人獲得頻譜分配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 有鑒于此,本發(fā)明的目的是提出一種基于二分圖的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣 方法,克服目前多頻譜擁有者多認(rèn)知用戶競(jìng)拍者存在的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜拍賣性能和公 平性不足的問(wèn)題,有效地提升頻譜拍賣收入,且能保障分配頻譜給更多的認(rèn)知用戶,保證頻 譜拍賣的合理性和真實(shí)性。
[0012] 本發(fā)明采用W下方案實(shí)現(xiàn):一種基于二分圖的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣方 法,包括W下步驟:
[0013] 步驟S1:拍賣控制中屯、收集主用戶擁有的頻譜信息及認(rèn)知用戶競(jìng)標(biāo)頻譜的投標(biāo)信 息;
[0014] 步驟S2:拍賣控制中屯、初始化頻譜組合拍賣的二分圖;
[0015] 步驟S3:拍賣控制中屯、對(duì)頻譜組合拍賣執(zhí)行勝者決策算法決定獲得分配的認(rèn)知用 戶;
[0016] 步驟S4:拍賣控制中屯、計(jì)算頻譜拍賣收入,并發(fā)送消息給認(rèn)知用戶進(jìn)行通告。
[0017] 進(jìn)一步地,所述步驟S1具體包括W下步驟:
[0018] 步驟S11:認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中所有主用戶將可用頻譜信息發(fā)送給拍賣控制中屯、,該 可用頻譜信息包括每一主用戶頻譜所包含的信道數(shù)量及其對(duì)應(yīng)的信道帶寬;所述信道數(shù)量 用C康示,信道帶寬用bi,其中記{1,2,一111},(3功大于零的正整數(shù),13功大于零的實(shí)數(shù);
[0019] 步驟S12:認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的所有認(rèn)知用戶從拍賣控制中屯、獲得可用主用戶頻 譜的信道數(shù)量和每個(gè)信道的帶寬,認(rèn)知用戶j根據(jù)其帶寬需求山計(jì)算其對(duì)所有主用戶頻譜 的投標(biāo)信道數(shù)量向量Wj=(Wlj,W2j,…,Wij,…Wmj),其中Wij為對(duì)認(rèn)知用戶j的帶寬需求dj除W 主用戶i的信道帶寬值取整,認(rèn)知用戶對(duì)所有主用戶頻譜進(jìn)行估價(jià)并表示為W,在此基礎(chǔ)上 認(rèn)知用戶發(fā)送投標(biāo)信息給拍賣中屯、進(jìn)行頻譜競(jìng)拍;其中,WU的計(jì)算公式為:
[0020]
[0021] 進(jìn)一步地,所述步驟S2具體為:拍賣控制中屯、根據(jù)收集的m個(gè)主用戶和η個(gè)認(rèn)知用 戶信息,構(gòu)造一個(gè)加權(quán)二分圖G=(V,E),其中二分圖兩個(gè)頂點(diǎn)子集分別對(duì)應(yīng)主用戶集合和 認(rèn)知用戶集合。如果m>n則,添加虛擬認(rèn)知用戶使主用戶和認(rèn)知用戶數(shù)量一致,否則添加虛 擬主用戶使主用戶和認(rèn)知用戶數(shù)量一致,構(gòu)建二分圖兩個(gè)頂點(diǎn)子集合間的加權(quán)系數(shù)矩陣 Wei曲t[um][皿],其中皿=max(m,n),Wei曲t[i] [ j] (1 = 1,…皿;j = l,…皿)計(jì)算公式為:
[0022]
[0023] 進(jìn)一步地,所述步驟S3具體包括W下步驟;
[0024] 步驟S31:循環(huán)利用KM算法對(duì)構(gòu)建的二分圖求解其完美匹配,直到所有主用戶都不 能給給任一認(rèn)知用戶分配頻譜為止;循環(huán)過(guò)程中的每一次匹配后需調(diào)整匹配主用戶的余量 頻譜并修改二分圖的加權(quán)矩陣,得到一個(gè)新的二分圖G'及加權(quán)矩陣Weight[][] ' ;
[0025] 步驟S32:初始頻譜分配后不同的主用戶剩余的信道數(shù)量是不等的,因此在已完成 的分配基礎(chǔ)上對(duì)主用戶頻譜分配進(jìn)行整合;首先根據(jù)主用戶初始分配后剩余的帶寬大小對(duì) 所有主用戶進(jìn)行降序排序,在此基礎(chǔ)上對(duì)已獲得同一主用戶頻譜分配的認(rèn)知用戶集合,根 據(jù)認(rèn)知用戶頻譜需求值的大小對(duì)認(rèn)知用戶進(jìn)行降序排序;
[0026] 步驟S33:根據(jù)步驟S32的排序結(jié)果把剩余帶寬最小的主用戶分別按已排順序和主 用戶i =m-l,…,i,·,·2,1進(jìn)行重新分配,每次重新分配后再對(duì)主用戶集合按主用戶的剩余 帶寬值進(jìn)行降序排序,直到所有主用戶間不能進(jìn)行任何重新分配為止;
[0027] 步驟S34:在步驟S33中得到的認(rèn)知用戶頻譜分配結(jié)果基礎(chǔ)上,對(duì)所有已獲頻譜分 配的認(rèn)知用戶,逐一查找網(wǎng)絡(luò)末獲得頻譜分配的認(rèn)知用戶集合投標(biāo)累加值大于其投標(biāo)值的 集合,如果找到則用末分配的認(rèn)知用戶集合替換已分配的認(rèn)知用戶,從而獲得更高的社會(huì) 福利。
[00%]進(jìn)一步地,步驟S33中,每一次主用戶間重新分配的過(guò)程如下:比較主用戶i中已分 配給認(rèn)知用戶頻譜最小值對(duì)應(yīng)的認(rèn)知用戶k是否小于主用戶i+1的剩余帶寬值,如果比較值 為真,則直接把主用戶i中已分配給認(rèn)知用戶頻譜最小值分配指針指到主用戶i + 1,否則查 找滿足主用戶i中已分配給認(rèn)知用戶頻譜最小值小于主用戶i+1的剩余帶寬值加上主用戶i +1已分配認(rèn)知用戶1,找到后交換認(rèn)知用戶k和1的對(duì)應(yīng)分配主用戶,循環(huán)執(zhí)行上述比較過(guò)程 直到主用戶編號(hào)i循環(huán)至m;主用戶i重新分配后可獲得更大的剩余帶寬值,根據(jù)其剩余帶寬 值循環(huán)查找可分配的認(rèn)知用戶并實(shí)施重新分配,直到主用戶i的剩余帶寬值不能分配給認(rèn) 知用戶為止。
[0029] 進(jìn)一步地,所述步驟S4具體包括W下步驟:
[0030] 步驟541:獲得頻譜分配的認(rèn)知用戶的實(shí)際支付值為^;^乘^其阻塞末獲分配的認(rèn) 知用戶集合中的最大值,如果阻塞的集合為空,則實(shí)際支付值為零,同樣地競(jìng)拍失 敗的認(rèn)知用戶的實(shí)際支付值也為零;
[0031] 步驟S42:輸出頻譜分配向量,計(jì)算頻譜拍賣收入,拍賣控制中屯、發(fā)送頻譜分配結(jié) 果給相應(yīng)的認(rèn)知用戶,從而完成認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的頻譜分配過(guò)程。
[0032] 與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明有W下有益效果:針對(duì)現(xiàn)有沒(méi)有考慮多主用戶多認(rèn)知用 戶的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜拍賣分配方法中社會(huì)福利和買家滿意度不是最優(yōu),且計(jì)算復(fù)雜度 高的問(wèn)題,本發(fā)明提出的方法能獲得更高的頻譜拍賣收入,且考慮認(rèn)知用戶即競(jìng)拍者之間 的異構(gòu)頻譜需求,且提出的方法獲得更高的頻譜拍賣收入,較高的買家滿意度和使得盡可 能多的競(jìng)拍人獲得頻譜分配。
[0033] 針對(duì)現(xiàn)有的異構(gòu)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣方法獲得的拍賣收入和社會(huì)福利 是次優(yōu)的,且拍賣使得的買家滿意度和頻譜拍賣效率并沒(méi)有達(dá)到高效利用的問(wèn)題。本發(fā)明 提出一種基于二分圖的異構(gòu)認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣方法,通過(guò)全局信息獲得頻譜拍 更優(yōu)分配,可獲得更高的頻譜拍賣收入,更好的買家滿意度并分配頻譜給更多的認(rèn)知用戶, 從而獲得更好的頻譜利用效率。
【附圖說(shuō)明】
[0034] 圖1為本發(fā)明的原理流程示意圖。
[0035] 圖2為本發(fā)明的原理詳細(xì)流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0037] 如圖1所示,本實(shí)施例提供了一種基于二分圖的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣方 法,利用二分圖對(duì)多主用戶和多異構(gòu)認(rèn)知用戶的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)的頻譜拍賣問(wèn)題進(jìn)行建 模,迭代循環(huán)利用KM算法對(duì)頻譜拍賣二分圖求解最大加權(quán)完美匹配直到主用戶不能再分配 為止,在上述分配的基礎(chǔ)上對(duì)主用戶中已分配的認(rèn)知用戶進(jìn)行重新調(diào)整和替換,進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 頻譜拍賣收入和性能提升。方案的具體實(shí)施有下述Ξ個(gè)主要步驟:頻譜拍賣投標(biāo)階段、頻譜 拍賣勝者決策階段、頻譜拍賣結(jié)果計(jì)算及通告階段。本實(shí)施例的具體流程圖如2所示。
[0038] 針對(duì)m個(gè)主用戶和η個(gè)異構(gòu)認(rèn)知用戶的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)中認(rèn)知用戶把其帶寬 需求dj、頻譜投標(biāo)價(jià)格Pj、投標(biāo)向量Wj = (Wlj,W2j,…,Wij,…Wmj )等投標(biāo)信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)拍賣 控制器,其中W為大于零的實(shí)數(shù),山為大于零的實(shí)數(shù)
./G ;1,2,· ·π|。
[0039] 主用戶發(fā)送其可用的信道數(shù)量Cl和每個(gè)信道帶寬bi給網(wǎng)絡(luò)拍賣控制器,其中Cl是 大于零的正整數(shù),bi為大于零的實(shí)數(shù),?Ε{1,2,···πι}。
[0040] 網(wǎng)絡(luò)拍賣控制器收到主用戶頻譜擁有信息和認(rèn)知用戶競(jìng)拍頻譜信息后,分別W主 用戶集合和認(rèn)知用戶集合為頂點(diǎn)子集構(gòu)建加權(quán)二分圖,如果主用戶頻譜大于認(rèn)知用戶帶寬 需求,則對(duì)應(yīng)的主用戶i和認(rèn)知用戶j加權(quán)系數(shù)為認(rèn)知用戶j的投標(biāo)價(jià)格W,否則加權(quán)系數(shù)為 零。由于主用戶和認(rèn)知用戶數(shù)量不等,因此添加相應(yīng)的虛擬主用戶或虛擬認(rèn)知用戶使主用 戶和認(rèn)知用戶數(shù)量相等才能求解最大加權(quán)完美匹配,虛擬主用戶和所有認(rèn)知用戶j間的頂 點(diǎn)加權(quán)系數(shù)為零,添加虛擬認(rèn)知用戶和主用戶間的加權(quán)系數(shù)也為零,從而得到頻譜拍賣二 分圖初始加權(quán)矩陣Weight[][]。
[0041] 網(wǎng)絡(luò)拍賣控制器初始化所有認(rèn)知用戶的分配結(jié)果向量A,生成頻譜拍賣認(rèn)知用戶 投標(biāo)價(jià)格向量P,認(rèn)知用戶投標(biāo)矩陣W,主用戶頻譜信道數(shù)量向量C及主用戶頻譜信道帶寬向 量b。
[0042] 第二階段:頻譜拍賣勝者決策階段
[0043] 通過(guò)迭代的方式應(yīng)用KM算法對(duì)構(gòu)建的頻譜拍賣二分圖求解其最大加權(quán)完美匹配, 迭代過(guò)程中的每一次求解后會(huì)得到新的頻譜分配向量A',并根據(jù)得到的分配結(jié)果更新主用 戶容量,并將不能分配認(rèn)知用戶頻譜的主用戶設(shè)為不活躍,從而得到新的二分圖G'及其加 權(quán)矩陣Weight[][] ',迭代的終止條件所有主用戶都不能給任一認(rèn)知分配頻譜。上述迭代過(guò) 程后獲得頻譜拍賣的初始分配。
[0044] 初始分配后主用戶雖然不能再進(jìn)行頻譜的分配但主用戶還仍有剩余的頻譜帶寬, 因此可對(duì)主用戶的頻譜進(jìn)行整合進(jìn)而實(shí)施二次頻譜優(yōu)化分配。在進(jìn)行二次優(yōu)化分配前對(duì)主 用戶按其剩余帶寬大小進(jìn)行降序排序,而對(duì)已分配頻譜主用戶中的認(rèn)知用戶,則根據(jù)其已 分配的認(rèn)知用戶頻譜大小進(jìn)行降序排序。
[0045] 根據(jù)排序結(jié)果把剩余帶寬最小的主用戶m分別按順序和主用戶i=m-l,…,?,···2, 1進(jìn)行頻譜的二次重新分配,每次重新分配完成后再把按主用戶的剩余帶寬值進(jìn)行降序排 序,直到所有主用戶間不能進(jìn)行任何重新分配為止。每一次主用戶間重新分配的過(guò)程如下: 比較主用戶i中已分配給認(rèn)知用戶頻譜最小值對(duì)應(yīng)的認(rèn)知用戶k是否小于主用戶i+1的剩余 帶寬值,如果比較值為真則直接把主用戶i中已分配給認(rèn)知用戶頻譜最小值分配指針指到 主用戶i+1,否則則查找滿足主用戶i中已分配給認(rèn)知用戶頻譜最小值小于主用戶i+1的剩 余帶寬值加上主用戶i+1已分配認(rèn)知用戶1,找到后交換認(rèn)知用戶k和1的對(duì)應(yīng)分配主用戶, 循環(huán)執(zhí)行上述比較過(guò)程直到主用戶編號(hào)i至m。主用戶i重新分配后可獲得更大的剩余帶寬 值,根據(jù)其剩余帶寬值循環(huán)查找可分配的認(rèn)知用戶并實(shí)施重新分配,直到主用戶i的剩余帶 寬值不能分配給認(rèn)知用戶為止。
[0046] 在二次重新優(yōu)化分配得到的認(rèn)知用戶頻譜分配結(jié)果基礎(chǔ)上,為提升認(rèn)頻譜拍賣的 社會(huì)福利Z,對(duì)已獲頻譜分配的認(rèn)知用戶j,逐一查找網(wǎng)絡(luò)中末獲得頻譜分配的認(rèn)知用戶集 合投標(biāo)累加值Σρυ大于W,如果找到則用該認(rèn)知用戶集合替換認(rèn)知用戶j,從而獲得更高的 社會(huì)福利。
[0047] 第Ξ階段:頻譜拍賣結(jié)果計(jì)算及通告階段
[0048] 通過(guò)頻譜拍賣勝者決策階段得到認(rèn)知用戶頻譜分配向量A,頻譜拍賣社會(huì)福利Z, 根據(jù)頻譜分配向量計(jì)算獲得頻譜分配的認(rèn)知用戶實(shí)際支付值,其計(jì)算的表達(dá)式為/不乘W 被其阻塞末獲分配的集合中聽(tīng)的最大值,如果阻塞的集合為空,則實(shí)際支付值為零, 同樣地競(jìng)拍失敗的認(rèn)知用戶的實(shí)際支付值也為零,上述支付值為保證頻譜拍賣的合理性及 真實(shí)性。
[0049] 網(wǎng)絡(luò)拍賣中屯、把認(rèn)知用戶頻譜分配向量和拍賣實(shí)際支付值廣播發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的 認(rèn)知用戶,認(rèn)知用戶收到廣播消息后完成支付并獲得頻譜分配,從而完成認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的 頻譜拍賣和實(shí)際的分配,認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜拍賣結(jié)束。
[0050] W上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例,凡依本發(fā)明申請(qǐng)專利范圍所做的均等變化與 修飾,皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于二分圖的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣方法,其特征在于:包括以下步驟: 步驟S1:拍賣控制中心收集主用戶擁有的頻譜信息及認(rèn)知用戶競(jìng)標(biāo)頻譜的投標(biāo)信息; 步驟S2:拍賣控制中心初始化頻譜組合拍賣的二分圖; 步驟S3:拍賣控制中心對(duì)頻譜組合拍賣執(zhí)行勝者決策算法決定獲得分配的認(rèn)知用戶; 步驟S4:拍賣控制中心計(jì)算頻譜拍賣收入,并發(fā)送消息給認(rèn)知用戶進(jìn)行通告。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二分圖的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣方法,其特 征在于:所述步驟S1具體包括以下步驟: 步驟S11:認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中所有主用戶將可用頻譜信息發(fā)送給拍賣控制中心,該可用 頻譜信息包括每一主用戶頻譜所包含的信道數(shù)量及其對(duì)應(yīng)的信道帶寬;所述信道數(shù)量用(^ 表示,信道帶寬用bi,其中${1,2,"_!11},(3 1為大于零的正整數(shù),131為大于零的實(shí)數(shù); 步驟S12:認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)中的所有認(rèn)知用戶從拍賣控制中心獲得可用主用戶頻譜的 信道數(shù)量和每個(gè)信道的帶寬,認(rèn)知用戶j根據(jù)其帶寬需求山計(jì)算其對(duì)所有主用戶頻譜的投 標(biāo)信道數(shù)量向量Wj=(Wlj,W2j,…,Wij,…Wmj),其中Wij為對(duì)認(rèn)知用戶j帶寬需求dj除以主用戶 i的信道帶寬值取整,認(rèn)知用戶對(duì)所有主用戶頻譜進(jìn)行估價(jià)并表示為Ph在此基礎(chǔ)上認(rèn)知用 戶發(fā)送投標(biāo)信息給拍賣中心進(jìn)行頻譜競(jìng)拍;其中的計(jì)算公式為:3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二分圖的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣方法,其特 征在于:所述步驟S2具體為:拍賣控制中心根據(jù)收集的m個(gè)主用戶和η個(gè)認(rèn)知用戶信息,構(gòu)造 一個(gè)加權(quán)二分圖G=(V,E),其中二分圖兩個(gè)頂點(diǎn)子集分別對(duì)應(yīng)主用戶集合和認(rèn)知用戶集 合,如果m>n則,添加虛擬認(rèn)知用戶使主用戶和認(rèn)知用戶數(shù)量一致,否則添加虛擬主用戶使 主用戶和認(rèn)知用戶數(shù)量一致,構(gòu)建二分圖兩個(gè)頂點(diǎn)子集合間的加權(quán)系數(shù)矩陣Weight [um] [um],其中um=max(m,n),Weight[i][ j]的計(jì)算公式為:其中,i = 1,…窗;j = 1,…窗。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二分圖的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣方法,其特 征在于:所述步驟S3具體包括以下步驟; 步驟S31:循環(huán)利用KM算法對(duì)構(gòu)建的二分圖求解其完美匹配,直到所有主用戶都不能給 給任一認(rèn)知用戶分配頻譜為止;循環(huán)過(guò)程中的每一次匹配后需調(diào)整已匹配主用戶的余量頻 譜并修改二分圖的加權(quán)矩陣,得到一個(gè)新的二分圖G'及加權(quán)矩陣Weight[][] ' ; 步驟S32:初始頻譜分配后不同的主用戶剩余的信道數(shù)量是不等的,因此在已完成的分 配基礎(chǔ)上對(duì)主用戶頻譜分配進(jìn)行整合;首先根據(jù)主用戶初始分配后剩余的帶寬大小對(duì)所有 主用戶進(jìn)行降序排序,在此基礎(chǔ)上對(duì)已獲得同一主用戶頻譜分配的認(rèn)知用戶集合,根據(jù)認(rèn) 知用戶頻譜需求值的大小對(duì)認(rèn)知用戶進(jìn)行降序排序; 步驟S33:根據(jù)步驟S32的排序結(jié)果把剩余帶寬最小的主用戶分別按已排順序和主用戶 i =m-l,…,i,一2,1進(jìn)行重新分配,每次重新分配后再對(duì)主用戶集合按主用戶的剩余帶寬 值進(jìn)行降序排序,直到所有主用戶間不能進(jìn)行任何重新分配為止; 步驟S34:在步驟S33中得到的認(rèn)知用戶頻譜分配結(jié)果基礎(chǔ)上,對(duì)所有已獲頻譜分配的 認(rèn)知用戶,逐一查找網(wǎng)絡(luò)末獲得頻譜分配的認(rèn)知用戶集合投標(biāo)累加值大于其投標(biāo)值的集 合,如果找到則用末分配的認(rèn)知用戶集合替換已分配的認(rèn)知用戶,從而獲得更高的社會(huì)福 利。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于二分圖的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣方法,其特 征在于:步驟S33中,每一次主用戶間重新分配的過(guò)程如下:比較主用戶i中已分配給認(rèn)知用 戶頻譜最小值的對(duì)應(yīng)認(rèn)知用戶k是否小于主用戶i + Ι的剩余帶寬值,如果比較值為真,則直 接把主用戶i中已分配給認(rèn)知用戶頻譜最小值分配指針指到主用戶i+Ι,否則查找滿足主用 戶i中已分配給認(rèn)知用戶頻譜最小值小于主用戶i+Ι的剩余帶寬值加上主用戶i+Ι已分配認(rèn) 知用戶1,找到后交換認(rèn)知用戶k和1的對(duì)應(yīng)分配主用戶,循環(huán)執(zhí)行上述比較過(guò)程直到主用戶 編號(hào)i循環(huán)至m;主用戶i重新分配后可獲得更大的剩余帶寬值,根據(jù)其剩余帶寬值循環(huán)查找 可分配的認(rèn)知用戶并實(shí)施重新分配,直到主用戶i的剩余帶寬值不能分配給認(rèn)知用戶為止。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于二分圖的認(rèn)知無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)頻譜組合拍賣方法,其特 征在于:所述步驟S4具體包括以下步驟: 步驟S41:獲得頻譜分配的認(rèn)知用戶的實(shí)際支付值為#乘以其阻塞末獲分配的認(rèn)知用 戶集合中Λ,/Α的最大值,如果阻塞的集合為空,則實(shí)際支付值為零,同樣地競(jìng)拍失敗的 認(rèn)知用戶的實(shí)際支付值也為零; 步驟S42:輸出頻譜分配向量,計(jì)算頻譜拍賣收入,拍賣控制中心發(fā)送頻譜分配結(jié)果給 相應(yīng)的認(rèn)知用戶,從而完成認(rèn)知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的頻譜分配過(guò)程。
【文檔編號(hào)】H04W16/14GK105873076SQ201610444540
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】馮慧斌, 林耿, 余兆釵, 阮志強(qiáng)
【申請(qǐng)人】閩江學(xué)院
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