CN107484174A - 协作认知无线电网络资源双层拍卖研究 - Google Patents

协作认知无线电网络资源双层拍卖研究 Download PDF

Info

Publication number
CN107484174A
CN107484174A CN201710556072.8A CN201710556072A CN107484174A CN 107484174 A CN107484174 A CN 107484174A CN 201710556072 A CN201710556072 A CN 201710556072A CN 107484174 A CN107484174 A CN 107484174A
Authority
CN
China
Prior art keywords
auction
via node
user
resource
frequency spectrum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201710556072.8A
Other languages
English (en)
Inventor
武继刚
张新想
孟敏
姜文超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN201710556072.8A priority Critical patent/CN107484174A/zh
Publication of CN107484174A publication Critical patent/CN107484174A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/02—Resource partitioning among network components, e.g. reuse partitioning
    • H04W16/10—Dynamic resource partitioning
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02—Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/022—Site diversity; Macro-diversity
    • H04B7/026—Co-operative diversity, e.g. using fixed or mobile stations as relays
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W16/00—Network planning, e.g. coverage or traffic planning tools; Network deployment, e.g. resource partitioning or cells structures
    • H04W16/14—Spectrum sharing arrangements between different networks
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
    • H04W72/044—Wireless resource allocation based on the type of the allocated resource
    • H04W72/0453—Resources in frequency domain, e.g. a carrier in FDMA
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/50—Allocation or scheduling criteria for wireless resources
    • H04W72/54—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria
    • H04W72/543—Allocation or scheduling criteria for wireless resources based on quality criteria based on requested quality, e.g. QoS
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/02—Terminal devices
    • H04W88/04—Terminal devices adapted for relaying to or from another terminal or user

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于拍卖的频谱资源分配方法，采用两层拍卖模型，第一层拍卖基于主用户与中继节点，第二层拍卖在中继节点与次用户之间进行；首先虚拟进行第二层拍卖，中继节点收集次用户的预算、报价以及对资源的需求数，计算所收集的金额，随机将次用户划分为两个集合，首次确定获胜次用户集合；中继节点在收集到次用户金额后，竞争主用户频谱资源，主用户提交对频谱资源的要价，中继节点提交对资源的预算，以此建立二分图，以二者差值作为二分图的权值，对该二分图采用最大带权匹配算法，同时采用VCG拍卖算法，计算中继节点最终支付金额；中继节点竞争主用户资源成功后，再次进行第二层拍卖，将竞争到的频谱资源分配给最终获胜的次用户。

Description

协作认知无线电网络资源双层拍卖研究
技术领域
本发明涉及移动云计算技术领域，特别涉及一种基于拍卖的频谱资源分配方法。
背景技术
云计算：云计算作为基于互联网的计算方式，能够通过共享的软硬件资源以及信息为计算机以及其他设备提供所需资源。其能够依据用户的需求进行按需分配，核心思想是将网络所连接的计算资源进行统一管理及调度。
移动云计算：移动云计算涉及到云计算、移动计算以及无线网络，能够利用无线网络，将处于无线网络环境下的移动设备或其他智能设备连接起来，实现资源共享与数据传输。
频谱：随着无线通信技术的飞速发展，智能手机、平板电脑等无线网络通信设备已经成为了人们日常不可缺少的设备，在无线网络环境中，频谱资源是数据传输与通信的基础，因此，无线电频谱资源成为国家所有的战略物质，同时无线电频谱资源具有有限性、非耗竭性、排他性、复用性、开放性以及易受干扰的特性。由于频谱资源稀缺的特性，因此如何对现有频谱资源进行分配成为了当前亟待解决的难题，此外在提高频谱资源的利用率方面也是当前研究的热门问题。
资源拍卖：频谱资源作为当前的稀缺物质资源，如何对现有资源进行分配，以提高频谱资源的利用率是当前研究的热点问题。而基于拍卖的方法，在经济学中得到了广泛应用，同样该方法适用于资源的分配。利用拍卖方法保证了资源分配的公平性，能够有效提高资源的利用率。
VCG机制：VCG(Vickrey-Clarke-Groves)拍卖机制是一个典型的多项目、封闭式的投标拍卖机制，该拍卖方式以社会最优的方式分配资源，该拍卖机制，由Vickrey、Clarke以及Groves三人提出，很好的保证了拍卖机制的真实性，在整个拍卖过程中，采用封闭式的拍卖方式，即参与者并不知道其他参与者的真实报价，在拍卖的过程中依据竞拍资源的竞拍者的参与，对其他竞拍者造成的影响来决定该竞拍者所需要支付的价格，避免了虚假报价对整个拍卖机制造成的影响。
现有的资源拍卖方法未能提供有效的激励机制，众多资源拍卖方法仅仅考虑了单个资源只能被一个用户使用，或者未能考虑中继节点加入的情况，在这种情况下，有可能造成如下问题：
仅仅只有单个用户使用空闲频谱资源，可能单用户并不能完全使用全部资源，同样会造成资源的浪费，而且会给单用户造成较高的花费代价；
未考虑中继节点，会造成数据的传输速率降低，间接影响了频谱资源的利用率；
在保证整体收益最大化方面，表现欠佳，无法综合考虑拍卖的所有参与者的经济效益。
发明内容
有鉴于此，在现有频谱资源的情况下，如何保证用户的服务质量(QoS)，提高频谱资源利用率，是频谱资源分配的核心问题之一。
针对上述不足，我们提供了一种基于VCG拍卖机制的两层拍卖算法，采用最大带权匹配算法来保证整体收益最大化，加入中继节点提高数据的传输速率，以及考虑了所有参与者的经济效益
一种基于拍卖的频谱资源分配方法，采用两层拍卖模型，其中第一层拍卖基于主用户与中继节点，第二层拍卖在中继节点与次用户之间进行；
首先虚拟进行第二层拍卖，中继节点来收集次用户的预算、报价以及对资源的需求数，并计算其所收集的金额，随机将次用户划分为两个集合，首次确定获胜次用户集合；
中继节点在收集到次用户金额后，竞争主用户频谱资源，主用户提交对频谱资源的要价，中继节点提交对资源的预算，并以此建立二分图，以二者差值作为二分图的权值，对该二分图采用最大带权匹配算法，以保证整体收益最大化，同时采用VCG(Vickrey-Clarke-Groves)拍卖算法，计算中继节点最终的支付金额；
中继节点竞争主用户资源成功后，再次进行第二层拍卖，将竞争到的频谱资源分配给最终获胜的次用户，完成资源分配。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
本发明设计的算法，在经济收益上，保证了所有参与拍卖人员的收益，对频谱拥有者以及中继节点起到了激励作用，能够有效提高频谱资源的利用率。
本发明所提出的算法，采用了最大带权匹配算法，同时基于VCG的拍卖机制实现，保证了整体收益最大化，将参与拍卖的所有人员的经济收益考虑在内，同时保证该设计的真实性。
该拍卖技术考虑了中继节点加入时的情况，有效提高了数据的传输速率，间接提高了频谱资源的利用率。
该拍卖技术满足一般拍卖技术的经济属性，例如真实性(Truthful)、个体合理性(Individual rational)、预算平衡(Budget balance)，保证整个拍卖机制能够持续进行。
附图说明
图1是基于VCG拍卖机制的两层拍卖模型图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
在本发明中，用集合PU＝{PU1，PU2，…，PUm}表示拥有频谱资源的授权用户(主用户)，用集合SU＝{SU1，SU2，…，SUni}表示竞争频谱资源的未授权用户(次用户)，第k个主用户表示为PUk，k∈[1，M]。对于每一个主用户而言，每个次用户的预算、估价以及对资源的需求分别记为对于主用户、次用户以及中继节点的收益分别表示为在本发明设计的认知无线电网络模型中，假设有m个主用户和n个中继节点，每个主用户的频谱资源都只能被一个中继节点竞拍获得，每个主用户提交自己对资源的要价Ak，并以此价格作为最低售价来出售自己的空闲频谱。
图1是基于VCG拍卖机制的两层拍卖模型图，整个资源分配的过程分为两层，第一层拍卖是基于主用户和中继节点，第二层拍卖是在中继节点与次用户之间进行。在整个拍卖过程中，首先虚拟地进行中继节点与次用户之间的拍卖过程，来初次决定次用户的获胜者，并由中继节点收集获胜次用户的预算和估价，然后进行主用户与中继节点之间的拍卖，由中继节点去竞争主用户的空闲频谱资源。在第二层拍卖中，每个次用户都会有自己的预算以及估价，同时也会有自己对资源的需求数，通过次用户的预算和估价，来确定哪些次用户获得频谱资源，次用户获胜集合表示为并且
本发明用集合A＝{A1，A2，…，Ak}来表示主用户的要价集合，集合F＝{F1，F2，…，Fn}表示所有中继节点向次用户收集的支付金额集合，如果次用户并且中继节点竞争到主用户PUk的空闲频谱资源，那么次用户所需要支付的价格为如果中继节点未能成功竞争到主用户资源，则次用户的支付金额和收益均为0。如果竞拍成功，用Pi表示获胜的中继节点需要支付给主用户的价格。定义PUw∈PU，表示获胜的主用户集合，因此主用户的收益定义为：
对于中继节点而言，如果资源竞争成功，则主用户的收益为正值，如果竞争失败，则主用户收益为0，综上可知，主用户的收益是非负的。
中继节点通过收集次用户的支付价格，来获得收益，获胜的中继节点集合定义为Rw：则中继节点ri的收益可以定义为：
对于每一个获胜的次用户，需要支付给中继节点相应的报酬，本发明定义次用户的支付价格为：其中并且当时等式成立。pc(k)表示每一个获胜集合次用户所需要支付的单价，每一个次用户的收益定义为：
当次用户获胜时，才会计算次用户的收益，如果支付价格超过了次用户的预算价格，则此次用户交易失败。
具体的，本发明提出一种基于拍卖的频谱资源分配方法，第一层拍卖基于主用户与中继节点，第二层拍卖在中继节点与次用户之间进行，在本发明中，首先虚拟进行第二层拍卖，中继节点来收集次用户的预算、报价以及对资源的需求数，并计算其所收集的金额，随机将次用户划分为两个集合，首次确定获胜次用户集合。
中继节点在收集到次用户金额后，竞争主用户频谱资源，主用户提交对频谱资源的要价，中继节点提交对资源的预算，并以此建立二分图，以二者差值作为二分图的权值，对该二分图采用最大带权匹配算法，以保证整体收益最大化，同时采用VCG算法，计算中继节点最终的支付金额。
中继节点竞争主用户资源成功后，再次进行第二层拍卖，将竞争到的频谱资源分配给最终获胜的次用户，完成资源分配。
本发明在认知无线电网络的基础上，针对次用户的具体资源需求，提出了一个基于Vickrey-Clarke-Groves拍卖机制的两层拍卖算法：协作认知无线电网络真实拍卖算法TACC。该算法保证了拍卖机制的真实性、个体合理性、预算平衡以及计算高效的性质。此外，本发明对拥有资源的授权用户和参与协作传输的中继节点起到了激励作用。TACC算法在未授权用户收益上，平均性能比随机算法提高了104.9％，并且发现当未授权用户数量少于80时，***运行时间低于25秒，而当未授权用户数量多于80时，随着授权用户数量的增多，***运行所花费时间呈指数型增加。本发明实现了在移动云计算频谱资源的拍卖中引入了VCG拍卖机制的思想，应用最大带权匹配算法保证整体收益最大化，对频谱资源拥有者起到了激励作用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于拍卖的频谱资源分配方法，其特征在于：采用两层拍卖模型，其中第一层拍卖基于主用户与中继节点，第二层拍卖在中继节点与次用户之间进行；
首先虚拟进行第二层拍卖，中继节点来收集次用户的预算、报价以及对资源的需求数，并计算其所收集的金额，随机将次用户划分为两个集合，首次确定获胜次用户集合；
中继节点在收集到次用户金额后，竞争主用户频谱资源，主用户提交对频谱资源的要价，中继节点提交对资源的预算，并以此建立二分图，以二者差值作为二分图的权值，对该二分图采用最大带权匹配算法，以保证整体收益最大化，同时采用VCG(Vickrey-Clarke-Groves)拍卖算法，计算中继节点最终的支付金额；
中继节点竞争主用户资源成功后，再次进行第二层拍卖，将竞争到的频谱资源分配给最终获胜的次用户，完成资源分配。
CN201710556072.8A 2017-07-10 2017-07-10 协作认知无线电网络资源双层拍卖研究 Pending CN107484174A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710556072.8A CN107484174A (zh) 2017-07-10 2017-07-10 协作认知无线电网络资源双层拍卖研究

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710556072.8A CN107484174A (zh) 2017-07-10 2017-07-10 协作认知无线电网络资源双层拍卖研究

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107484174A true CN107484174A (zh) 2017-12-15

Family

ID=60596348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710556072.8A Pending CN107484174A (zh) 2017-07-10 2017-07-10 协作认知无线电网络资源双层拍卖研究

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107484174A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108092756A (zh) * 2017-12-26 2018-05-29 北京中宸泓昌科技有限公司 基于宽带ofdm电力线通信的载波资源分配方法及装置
CN108616858A (zh) * 2018-04-26 2018-10-02 广西大学 一种基于拍卖机制的rfid多阅读器信道资源分配方法
CN110139286A (zh) * 2019-05-21 2019-08-16 西安邮电大学 面向三维环境的无线传感器网络覆盖增强方法及***
WO2020050748A3 (ru) * 2018-09-04 2020-09-17 Алексей Викторович ШТОРМ Децентрализованная сеть рекламных экранов на основе блокчейн

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102291722A (zh) * 2011-04-22 2011-12-21 南京邮电大学 基于拍卖理论和补偿激励的频谱共享方法
US20120225662A1 (en) * 2009-11-09 2012-09-06 Junho Jo Apparatus and method for allocating frequency resource to micro ue in a mobile communication system
CN103415074A (zh) * 2013-07-12 2013-11-27 南京邮电大学 基于拍卖理论的无线协作中继网络中继带宽资源分配方法
CN106604282A (zh) * 2016-12-08 2017-04-26 桂林电子科技大学 一种具有功率分配和波束成形的小小区微基站频谱拍卖方法
CN106874107A (zh) * 2016-12-26 2017-06-20 广东工业大学 移动云计算中一种基于团购的微云资源拍卖技术

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120225662A1 (en) * 2009-11-09 2012-09-06 Junho Jo Apparatus and method for allocating frequency resource to micro ue in a mobile communication system
CN102291722A (zh) * 2011-04-22 2011-12-21 南京邮电大学 基于拍卖理论和补偿激励的频谱共享方法
CN103415074A (zh) * 2013-07-12 2013-11-27 南京邮电大学 基于拍卖理论的无线协作中继网络中继带宽资源分配方法
CN106604282A (zh) * 2016-12-08 2017-04-26 桂林电子科技大学 一种具有功率分配和波束成形的小小区微基站频谱拍卖方法
CN106874107A (zh) * 2016-12-26 2017-06-20 广东工业大学 移动云计算中一种基于团购的微云资源拍卖技术

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108092756A (zh) * 2017-12-26 2018-05-29 北京中宸泓昌科技有限公司 基于宽带ofdm电力线通信的载波资源分配方法及装置
CN108092756B (zh) * 2017-12-26 2021-07-09 北京中宸泓昌科技有限公司 基于宽带ofdm电力线通信的载波资源分配方法及装置
CN108616858A (zh) * 2018-04-26 2018-10-02 广西大学 一种基于拍卖机制的rfid多阅读器信道资源分配方法
WO2020050748A3 (ru) * 2018-09-04 2020-09-17 Алексей Викторович ШТОРМ Децентрализованная сеть рекламных экранов на основе блокчейн
CN110139286A (zh) * 2019-05-21 2019-08-16 西安邮电大学 面向三维环境的无线传感器网络覆盖增强方法及***
CN110139286B (zh) * 2019-05-21 2022-05-27 西安邮电大学 面向三维环境的无线传感器网络覆盖增强方法及***

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhou et al. eBay in the sky: Strategy-proof wireless spectrum auctions
Wang et al. TODA: Truthful online double auction for spectrum allocation in wireless networks
CN107484174A (zh) 协作认知无线电网络资源双层拍卖研究
Zhang et al. Auction-based resource allocation in cognitive radio systems
CN107370616A (zh) 基于组合双边拍卖的5g蜂窝网络虚拟化资源分配机制
CN102291722A (zh) 基于拍卖理论和补偿激励的频谱共享方法
CN106817401B (zh) 一种云环境中的资源配置方法
Feng et al. FlexAuc: Serving dynamic demands in a spectrum trading market with flexible auction
Zhao et al. A combinatorial double auction based resource allocation mechanism with multiple rounds for geo-distributed data centers
Hassan et al. Reputation and user requirement based price modeling for dynamic spectrum access
CN104168570B (zh) 基于干扰信息的真实性动态双向频谱拍卖方法
Zhang et al. Optimal mechanism design with resale via bargaining
Rathinakumar et al. GAVEL: Strategy-proof ascending bid auction for dynamic licensed shared access
CN107911823A (zh) 多信道防策略操纵频谱的分配方法、计算机程序、计算机
Gaur et al. Evaluating reputation systems for agent mediated e-commerce
CN108596746A (zh) 基于双向拍卖的移动群智感知及其资源分配及激励机制方法
CN105578478B (zh) 一种分数阶频率复用的频谱拍卖方法
Vojnović Contest theory
Zhang et al. A game-theoretic analysis of complementarity, substitutability and externalities in cloud services
Liew et al. Economics of semantic communication in metaverse: an auction approach
CN114697896A (zh) 一种天地一体化网络中基于优先级的多属性资源拍卖方法
JP2021089770A (ja) 情報処理装置及びプログラム
Swope et al. Taxes or fees? The political economy of providing excludable public goods
Alsarhan et al. Dynamic auction for revenue maximization in spectrum market
CN113163495B (zh) 基于云团购平台的双边动态多需求升序拍卖频谱分配方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20171215