CN101170549A - 基于ieee802.22协议的cbp包帧结构及拍卖资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于IEEE802.22协议草案的CBP包帧结构及拍卖资源分配方法，以实现无线区域网络小区之间的信道资源共享。该CBP包帧结构通过在MAC负载中填充用于资源出租和租用的信息单元，使CBP包的传输完成无线区域网络小区之间信道的出租和租用。利用该CBP包进行拍卖资源分配时，出租站点首先向邻近的租用站点发出资源广告消息，需要相应信道资源的租用站点发送自己的资源请求和投标价格，接收到所有的资源请求与投标价格后，出租站点进行资源的分配并定出最终成交价格通知个租用站点，在收到各租用站点的确认和借用代币后发出资源授权消息，完成拍卖资源分配。本发明具有拍卖时间短，CBP包发送次数少之优点，可用于无线区域网络的资源分配。

Description

基于IEEE802.22协议的CBP包帧结构及拍卖资源分配方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及信道的资源分配，具体的说是基于IEEE 802.22协议的CBP包帧结构及拍卖资源分配方法，用于无线区域网络小区之间的信道资源共享。

背景技术

随着认知无线电技术的发展，各标准化组织和行业联盟也纷纷开展相关的研究，并且开始着手制定认知无线电的标准和协议。电气和电子工程师协会IEEE于2004年11月正式成立IEEE802.22工作组，这是第一个世界范围的基于认知无线电技术的空中接口标准化组织。随后该工作组开展了一系列的工作，并于2006年5月发布了第一版协议草案。该协议IEEE802.22也被称为无线区域网络WRAN，系统工作于VHF/UHF频段上未使用的电视TV信道，工作模式为点到多点。该WRAN设备的关键是无需频率许可，与电视、无绳电话、麦克风等已有的授权用户共存。当授权用户工作时，WRAN不占用相应频段，当检测到某些频段没有被授权用户使用时，WRAN设备可以自动使用这些频率资源；当WRAN设备在工作期间发现授权用户在相同频段开始工作时，将迅速退让出相应频段。

一个WRAN小区要找到没有被占用的合适的频段来工作，需要大量的检测计算。但是如果相邻WRAN小区之间能够进行通信协作，就可以实现频谱资源共享，不仅节省检测时间和计算量，而且增加利用TV信道的机会。这种实现频谱资源共享的重要方法之一就是要提供一种基于借用代币和拍卖的租赁协议。

由于IEEE802.22采用OFDMA的无线多址接入方式，因此可以在时域和频域灵活地动态分配连续的或不连续的信道资源。在IEEE802.22草案中用BIN来表示可以出租的最小时频单元，即可共享的最小数目的符号时隙和子载波块。这样，就可把一个信道看作由许多BINs组成的，并且将一张借用代币CT看作是用于购买资源的基本单位，每个基站都会在最初被分配一定数量的借用代币预算。当某一站点，即出租站点有多余的可用资源时，会通过广播资源广告消息来发布资源共享的意图，消息中包括准备出租资源的信息。需要资源的租用站点向发布广告消息的出租站点发送一个对某些具体资源的租用请求和投标价格，然后出租站点使用拍卖这样一种资源分配方式来处理租用站点之间竞争获取有限资源的问题。出租站点担当拍卖人，而租用站点担当投标人。当拍卖过程结束后，出租站点与一个或多个租用站点之间完成BINs与CTs的交易。

IEEE 802.22草案中指出使用拍卖进行的资源出租与租用过程可以通过CBP包的交换来实现，其应用场景如图1所示。图1中BS0、BS1…BS9为不同小区的基站，BS1为WRAN小区在某段时间内有剩余信道资源或有在本小区内被授权用户占用而无法使用的信道资源，该BS1通过图中的三种方式，即基站BS之间直接通信、经过一个CPE通信、经过两个CPE通信，向相邻WRAN小区发送资源广告消息。通过这三种方式，相邻WRAN小区的基站之间便可以建立起用于传输CBP包的逻辑链路。

现有CBP包的帧结构如2图所示，包括前导、超帧控制头、MAC协议数据单元、信标MAC头、MAC负载、循环校验域，其中信标MAC头、MAC负载、循环校验域设置在自共存协议数据单元中。

虽然，IEEE 802.22协议草案指出了通过CBP交换来实现使用拍卖进行的资源出租与租用过程，但是，却没有给出具体的拍卖与投标规则。目前考虑应用拍卖作为一种资源分配方式的网络标准还有IEEE 802.16h协议草案，该IEEE 802.16h协议草案中提出了使用一种递增叫价的拍卖方法进行相邻小区之间资源的分配，如图3所示，这种递增叫价拍卖方法存在如下缺点：

(1)由于每一次资源的分配都需要多次升价消息的传递，增加了网络的开销并且降低了空闲电视信道的利用率；

(2)由于这种拍卖方法中资源租用站点要根据资源出租站点通知的拍卖过程的持续时间决定自己的投标策略，因而具有相当的复杂性。

发明的内容

本发明的目的在于克服现有IEEE 802.22协议草案和IEEE 802.16h协议草案的不足，提供一种基于IEEE 802.22协议的CBP包帧结构及拍卖资源分配方法，以实现相邻WRAN小区之间实时的时频资源共享。

实现本发明的目的的技术关键是：对IEEE 802.22协议的CBP包帧结构进行填充，并用该CBP包帧结构进行拍卖和投标的资源分配，具体方案如下：

技术方案一，基于IEEE 802.22协议的CBP包帧结构，包括前导、超帧控制头、自共存协议数据单元、信标MAC头、MAC负载、循环校验域，该信标MAC头、MAC负载、循环校验域设置在MAC协议数据单元中，其中在MAC负载中设有用于资源出租和租用的信息单元，用于完成无线区域网络的小区之间信道资源的出租和租用。

所述的资源出租和租用的信息单元包括：用于提供资源广告的0号信息单元RO-ADV；用于进行资源租用请求的1号信息单元RR-REQ；用于响应资源分配的2号信息单元RA-RSP；用于确认资源分配的3号信息单元RA-ACK；用于授予资源的4号信息单元RS-GRA；这些信息单元根据信道资源出租和租用过程的每一个阶段分别被设置到所述的信息单元中，以数据流的形式完成信道资源的出租与租用全过程。

技术方案二，利用方案一的CBP包帧结构进行信道资源拍卖的方法，包括如下步骤：

出租站点通过CBP包向周围邻近小区的租用站点发出资源广告消息，消息中包括待租资源的详细信息；

当收到邻近小区的基站发来的资源租用请求后，对每个租用站点的资源租用请求与投标进行分配，并将分配的结果通知各租用站点；

当收到租用站点发送的资源分配消息确认和借用代币后，发出信道资源授予消息，将信道正式出租给租用站点。

上述信道资源拍卖的方法，其中所述的出租站点对每个租用站点的资源租用请求与投标进行分配的过程如下：

(1)出租站点对租用站点的投标价格进行判断，如果投标价格高于自己的保留价格RP，则接受其参加竞标过程，否则拒绝其请求；

(2)统计参加竞标的各租用站点的资源需求范围，根据每个可出租的最小时频信道单元BIN的竞争需求情况，给每个BIN一个分配优先级，即竞争需求越高的BIN其分配优先级越低；

(3)找出投标价格最高的租用站点，若两租用站点的投标价格相同，则优先选择所需资源数量多的租用站点，并在其资源需求范围内，按照优先级从高到低的原则分配时频信道资源BINs；

(4)找出投标价格次高的租用站点，并在其资源需求范围内，按照优先级从高到低的原则预分配时频信道资源BINs，最后判断这些次高租用站点对其所请求的资源是否具有完整性要求，即要求必须得到所请求的全部数量的时频信道资源BINs，对有完整性要求的租用站点，当预分配的资源数小于租用站点请求租用的资源数时，此租用站点在竞标中失败，不能得到任何资源；对没有完整性要求的租用站点，则按照预分配的结果分配给时频信道资源BINs；

(5)重复第(4)步，直到没有剩余资源或者给所有的租用站点分配完毕；

(6)分配完毕后，出租站点定出单位时频信道资源BIN的成交价格，并将该单位时频信道资源BIN的成交价格与时频信道资源分配的结果发送给各个租用站点。

上述信道资源拍卖的方法，其中所述的单位时频信道资源BIN的成交价格按如下公式确定：

V＝max(RP，max{C_k|C_k＜min{C_j}})，k＝1，2，…，K；j＝1，2，…，J；

式中，V为单位时频信道资源BIN的成交价格；

C_k为租用站点k的投标价格；

{C_k}为所有租用站点的投标价格集合，k＝1，2，…，K；

K为参加竞标的租用站点的个数；

{C_j}为所有分配到时频信道资源的租用站点j的投标价格集合， $\left\{C_j\right\}\⊆\left\{C_k\right\},$

j＝1，2，…，J，J ≤K；

J为分配到时频信道资源的租用站点的个数；

RP为出租站点的保留价格。

技术方案三，利用方案一的CBP包帧结构进行信道资源投标的方法，包括如下步骤：

(1)需要租用资源的站点接收到出租站点发出资源广告消息后，根据资源广告消息中的内容判断此站点出租的资源是否能满足自己的需求，若不能，则不发送任何消息，等待下一个资源广告消息；若能，则根据自己的需求向出租站点发送资源租用请求，该资源请求包括，满足服务要求的资源范围和所需资源数量及单位资源投标价格；

(2)当租用站点收到出租站点资源分配的结果和成交价格后，向出租站点返回一个确认消息并支付借用代币。

上述信道资源投标的方法，其中所述的投标价格按如下方法确定：

租用站点根据成本与收益的核算，选用可使自己收益达到最大的投标价格

即 ${\tilde{C}}_k=f\left(p\right)$

式中，p为租用站点利用此资源为其小区内用户提供的服务所能带来的真实资费收益；

f(·)为真实收益到借用代币数目的对应关系。

本发明具有如下优点：

1.本发明由于在CBP包的帧结构中填充了新的信息单元，因此能够完成小区之间信道资源出租与租用的功能。

2.本发明由于使用的是一次投标拍卖，能够快速完成拍卖过程，增加了空闲电视信道的利用率，并且减少了完成拍卖过程需要的CBP包的开销；同时由于在资源分配的过程中指定了每个BIN的分配优先级，因此该分配方法能够最大限度地降低租用站点之间的资源需求冲突；此外由于该拍卖方法属于统一价格拍卖，获得资源的租用站点支付的单位资源价格相同，因此具有公平性。

3.本发明所使用的拍卖方法具有激励相容性，即保证每个租用站点愿意真实地报出自己的估价而不撒谎，因此在投标中租用站点的最优投标为采用真实估价，避免了复杂的计算或实验。

本发明的目的、实施方式可通过以下附图说明详细说明

附图说明

图1是现有IEEE 802.22协议草案中相邻WRAN小区之间进行资源出租与租用的场景示意图；

图2是现有IEEE 802.22协议草案中CBP包的帧结构图；

图3是现有IEEE 802.16h协议草案中使用递增叫价拍卖进行相邻小区之间资源出租与租用的过程示意图；

图4是本发明填充新信息单元后的CBP包的帧结构图；

图5是本发明进行信道资源拍卖的过程示意图；

图6是本发明进行信道资源投标的过程示意图；

图7是本发明实施例中出租站点所出租的信道资源与每个BIN的竞争需求情况示意图；

图8是本发明实施例中信道资源的分配结果图；

图9是本发明拍卖方法用于相邻小区之间资源出租与租用的过程示意图；

图10是本发明出租站点借用代币平均收益随保留价格变化的仿真曲线图；

图11是本发明租用站点平均借用代币收益随投标价格与真实估价的差值变化的仿真曲线图。

具体实施方式

一、CBP包的帧结构

参见图4，本发明CBP包的帧结构是通过对现有IEEE 802.22协议草案中的CBP包的帧结构填充了新信息单元而获得。整个结构包括前导1、超帧控制头2、MAC协议数据单元3、信标MAC头4、MAC负载5、循环校验域6，该信标MAC头4、MAC负载5、循环校验域6设置在MAC协议数据单元3中，该MAC负载5中设有资源出租和租用的信息单元7以及其它待定的信息单元，用于完成无线区域网络的小区之间信道资源的出租和租用。该信息单元7包括5个CBP信息子单元，每个子单元固定一个单元识别号码，即ID号，以数据流的形式提供不同的信息。具体为：0号资源提供广告信息单元RO-ADV；1号资源租用请求信息单元RR-REQ；2号资源分配响应信息单元RA-RSP；3号资源分配确认信息单元RA-ACK；4号资源授予信息单元RS-GRA，如表1。这些信息单元根据信道资源出租和租用过程的每一个阶段分别被设置到所述的信息单元7中，即在信道资源出租和租用过程的每一个阶段只使用其中的一个信息子单元，五个子单元的分别使用可以完成信道资源的出租与租用全过程。

表1用于动态资源出租和租用的CBP信息单元

ID号	名称
		0	RO-ADV(资源提供广告)
1	RR-REQ(资源租用请求)
		2	RA-RSP(资源分配响应)
3	RA-ACK(资源分配确认)
		4	RS-GRA(资源授予)

每个信息子单元有其具体的格式，分别如表2、表3、表4、表5、表6所示：

表2RO-ADV信息单元格式

表3RR-REQ信息单元格式

域结构	长度	注解
			RR-REQ_IE_Format(){
租用站点需要租用的BINs的数量NB	16bits	NB：为NumberofBINs的缩写。
			租用站点对每一个BIN的投标价格RB	16bits	RB：为Renter’s Bid的缩写，投标价格的单位为借用代币CT。
租用站点请求租用BINs的时频范围RAB	可变，该域长度＝出租站点待租时频资源个数	RAB：为Range of Aquired BINs的缩写，该域中的某一位为1代表相应编号的BIN在所需范围内，为0代表相应编号的BIN不在所需范围之内。
			租用站点对所请求租用资源的完整性要求IRRR	1bit	IRRR：为Integrity Requirement of RequiredResouce的缩写，该域指示租用站点是否要求分配到所请求租用的全部资源。要求＝1，不要求＝0
保留位	可变	如果上述几个域的长度之和不是2的整数次幂，则需要添加一些保留位。
			}

表4RA-RSP信息单元格式

域结构	长度	注解
			RA-RSP_IE_Format(){
出租站点分配标志AF	1bits	AF：为Allocation Flag的缩写，该域指示出租站点是否能提供租用站点请求租用的资源。1＝能0＝不能
			BINs分配的结果RBA	可变，AF＝0时，该域长度为0bit；AF＝1时，该域长度等于出租站点待租时频资源个数	RBA：为Result of BINs’Allocation的缩写，该域指示BINs分配的结果，该域中的某一位为1代表相应编号的BIN是分配的，为0代表相应编号的BIN不是分配的。
保留位	可变	如果上述几个域的长度之和不是2的整数次幂，则需要添加一些保留位。
			}

表5RA-ACK信息单元格式

域结构	长度	注解
			RA-ACK_IE_Format(){
确认码CC	8bits	CC：为Confirmation Code的缩写，见IEEE802.22协议草案中表82
			}

表6RS-GRA信息单元格式

域结构	长度	注解
			RS-GRA_IE_Format(){
授权标志GF	1bits	GF：为Grant Flag的缩写，该域指示出租站点是否授权租用站点使用资源。1＝授权0＝不授权
			保留位	7bits	可用于CBP包MAC负载的其它域
}

二、基于拍卖的资源分配方法

参见图5，本发明在相邻WRAN小区之间实现时频资源的出租拍卖的具体过程如下：

1.当出租站点有剩余信道资源或有在本小区内被授权用户占用而无法使用的信道资源时，则通过CBP包向周围邻近小区的站点发出资源广告消息，并为每个BIN编排顺序号，该资源广告消息包括待租资源、单位信道资源保留价格的详细信息；

2.当出租站点收到邻近小区的站点发来的资源租用请求后，对每个租用站点的资源租用请求与投标价格进行如下处理：

(1)判断租用站点的投标价格是否高于出租站点自己的保留价格RP，若高于该保留价格，则接受其参加竞标过程，否则拒绝其请求；

(2)当收到所有投标价格高于保留价格的资源租用请求后，出租站点先统计各租用站点的资源需求范围，然后根据此范围确定出每个BIN的需求竞争程度，并给每个BIN一个分配优先级，需求竞争程度越高的资源其分配优先级越低；

(3)出租站点先找出投标价格最高的租用站点，然后在其资源需求范围内，按照优先级从高到低为其分配时频资源BINs，若两个租用站点的投标价格相同，则优先选择所需资源数量多的租用站点；

(4)出租站点再找出投标价格次高的租用站点，然后在其资源需求范围内，按照优先级从高到低为其预分配时频资源BINs；

(5)判断租用站点是否对所请求租用的资源具有完整性要求，即必须得到请求租用的全部数量的信道资源。租用站点若有完整性要求，则当分配的资源数小于租用站点请求的资源数时，此租用站点在竞标中失败，不能得到任何资源；对没有完整性要求的租用站点，则按照预分配的结果分配给时频信道资源BINs；

(6)重复第(4)步，直到没有剩余资源或者给所有的租用站点分配完毕；

(7)分配完毕后按如下公式定出时频资源BIN的单位成交价格V，

V＝max(RP，max{C_k|C_k＜min{C_j}})，k＝1，2，…，K；j＝1，2，…，J；

式中，V为单位时频信道资源BIN的成交价格；

C_k为租用站点k的投标价格；

{C_k}为所有租用站点的投标价格集合，k＝1，2，…，K；

K为参加竞标的租用站点的个数；

{C_j}为所有分配到时频信道资源的租用站点j的投标价格集合， $\left\{C_j\right\}\⊆\left\{C_k\right\},$

j＝1，2，…，J，J≤K；

J为分配到时频信道资源的租用站点的个数；

RP为出租站点的保留价格，出租站点可以确定一个最优保留价格

使自己的拍卖收益达到最大，

的确定可以先通过长期统计得到租用站点投标价格的概率分布情况，然后由实验得出最优保留价格。

3.出租站点将拍卖的结果，即分配给各租用站点的时频信道BINs和每个BIN的成交价格，通知各租用站点。

4.出租站点收到租用站点发送的资源分配确认消息和借用代币后，发出资源授权消息，将信道资源下式出租给租用站点，完成资源的出租分配。

三、资源分配过程中的投标方法

1.当某个需要租用资源的站点接收到出租站点发出的资源广告消息后，首先按照与出租站点相同的规则为每个BIN编排顺序号，然后根据资源广告消息中的内容判断此站点出租的资源是否能满足自己的需求，若不能，则不发送任何消息，等待下一个资源广告消息；若能，则根据自己的需求向出租站点发送资源租用请求。

考虑到由于信道的频率选择性衰落等影响，出租站点的广告资源中部分子载波可能不能满足租用站点要进行的服务。因此出租站点的资源请求中包括两部分：①满足服务要求的资源范围，包括时间和频率；②所需资源数量和单位资源投标价格CT/BIN。

2.租用站点可以确定一个最优的投标价格

使自己的收益达到最大，这个最优的投标价格就是租用站点对单位信道资源的真实估价U，U＝f(p)，p为租用站点利用此资源为其小区内用户提供的服务所能带来的真实资费收益，f(·)为真实收益到借用代币数目的对应关系，这一对应关系的具体形式可以由标准化组织或运营商确定。

3.当租用站点收到出租站点拍卖的结果后，向出租站点返回一个确认消息，并支付借用代币。

实施例

以下通过一个具体实施例进一步说明本发明的资源分配过程。

1.出租站点发出资源广告消息

参照图1，出租站点BS1发出带有资源广告消息的CBP包，即在CBP包的MAC负载中装入如表2所示的RO-ADV信息单元，如图7所示。图7中每一个可以出租的最小资源单位BIN为一个时隙*一个子载波，因此RO-ADV信息单元中SB域和SCB域的值都为1，RST域和RET域分别指示出BS1将出租的信道资源的开始时间T_开始和结束时间T_结束。RO-ADV信息单元中的NBR域＝1，表示待出租的不连续的子载波块数为1，RSS[1]域和RES[1]域分别表示图7这个子载波块中的起始子载波频率f₀和结束子载波频率f₁₉。每个BIN的保留价格为1个借用代币CT。同时为了分配方便，出租站点要给每一个BIN编号，图7中子载波按照频率由低到高表示为f₀～f₁₉，从第一个时隙频率最低的子载波开始按纵向顺序分别编为1、2、3…199、200。

2.租用站点接收资源广告消息并发出资源租用请求

有资源需求的租用站点接收到资源广告消息后，首先按照与出租站点相同的方法对所有的BIN进行1、2、3…199、200的编号，然后根据广告中的信道资源信息和自己的需求情况发送表3所示的RR-REQ资源请求消息，每个租用站点发送的资源请求消息如表7所示。

表7租用站点BS0～BS7的资源租用请求

3.出租站点对租用站点的资源租用请求进行处理

出租站点BS1收到了表7所示所有租用站点BS0、BS2…BS7的资源请求后，进行如下的处理：

(1)BS1判断出各租用站点的投标价格都高于自己保留的1个借用代币CT价格，因此接受所有租用站点参加竞标。

(2)BS1统计各租用站点的资源需求范围，然后根据此范围定出每个BIN的需求竞争程度，从图7中可以看到，颜色越深的表示BIN需求竞争程度越高。并给每个BIN一个分配优先级，需求竞争程度越高的资源其分配优先级越低。

(3)BS1先找出投标价格最高的租用站点BS7，然后在BS7资源需求范围，将子载波：f₇～f₁₉，时隙：2～9，按照优先级从高到低为其分配35个时频资源BINs。

(4)BS1再找出投标价格次高的租用站点BS5，然后在BS5资源需求范围，将子载波：f₀～f₉，时隙：5～9，按照优先级从高到低预分配时频资源BINs，由于BS5所请求的20个BINs都能够得到满足，因此按照预分配的结果给BS5分配时频资源BINs。

(5)接着BS1再找出租用站点中除BS7和BS5外的投标价格最高站点BS4，然后在BS4资源需求范围，将子载波：f₀～f₁₉，时隙：3～6，按照优先级从高到低预分配时频资源BINs，由于BS4所请求的30个BINs都得能够到满足，因此按照预分配的结果给BS4分配时频资源BINs。

(6)按上述方法依次执行，直到没有剩余资源或者给所有的租用站点分配完毕，分配结果如图8所示，每个BIN上的号码代表这个BIN分配给相应号码的租用站点，上面没有号码的BIN代表此资源没有被分配出去。从图8中可知，由于BS0不具有资源完整性要求，因此当BS0所要求的40个BINs不能完全满足时，它只分配到了16个BINs，同样BS2也只得到了22个BINs。而BS6由于具有资源完整性要求，因此当它不能得到所有资源100个BINs实现组合效用时，则在竞标中失败，不被分配任何资源。

(7)由于最后得到资源的租用站点为BS2，低于BS2投标价格的租用站点只有一个，是BS6，且其投标价格高于BS1的保留价格，因此时频资源BIN的单位成交价格为BS6的投标价格3个借用代币CT。

4.出租站点发出资源分配的结果

出租站点将资源分配的结果用装有RA-RSP信息单元的CBP包通知各租用站点。该RA-RSP信息单元中的AF域表示出租站点是否能提供租用站点请求的资源，当AF＝0时，出租站点不能提供租用站点请求的资源，因此在AF域后面的RBA域可以省略；当AF＝1时，出租站点能够提供租用站点请求的资源，因此在AF域后面的RBA域中的某一位如果为1，则表示对应编号的BIN分配给了租用站点；RBA域中的某一位如果为0，则表示对应编号的BIN没有分配给租用站点。

5.租用站点确认并支付借用代币

租用站点接收到出租站点发送的装有资源分配信息的CBP包后，通过发送装入RA-ACK信息单元的CBP包向出租站点进行确认并支付借用代币或在资源授权后支付。

6.出租站点向出租站点发出资源授权使用通知

出租站点收到租用站点的确认和支付借用代币后，通过装入RS-GRA信息单元的CBP包向出租站点发出资源授权使用通知，出租站点的一次资源拍卖过程完成。该RS-GRA信息单元中的GF域表示出租站点是否授权租用站点使用资源，GF＝1表示出租站点授权资源使用；GF＝0表示出租站点不授权资源使用。

本发明不局限于实施例中给出的每个BIN为一个时隙*一个子载波的情况，实际中BIN的选择是由基站根据所要出租的资源量来决定。

本发明与递增叫价的拍卖方法相比能够快速完成拍卖过程，如图9所示。对于出租站点与租用站点之间仅需要交换5次CBP包就可以完成拍卖的过程，且租用站点的投标策略简单，而递增叫价拍卖的交换次数依赖于租用站点的投标增量，每一次的投标增量越小，则整个拍卖过程持续的时间就越长，需要交换的CBP包数量就越多，网络开销越大，同时也降低了空闲电视信道的利用率。

仿真实验

本发明的效果可以通过仿真实验进一步说明。

仿真条件：假设BS0、BS2～BS8这9个租用站点的投标价格服从[0，10]上的均匀分布，每个租用站点的资源需求范围与数量随机选取，每个租用站点的资源完整性需求也随机产生，出租站点BS1对每个BIN的真实估价为0，保留价格分别为0、1、2…9、10。

仿真出租站点的借用代币平均收益随保留价格的曲线如图10所示。

从图10中可以看出，当租用站点的价格为[0，10]上的均匀分布时，出租站点的保留价格RP＝5时为最优保留价格，出租站点获得最大平均借用代币收益。

当出租站点的保留价格RP＝5时，某一租用站点的平均借用代币收益随投标价格与真实估价的差值变化曲线如图11所示。

从图11中可以看出，当租用站点的投标价格偏离真实估价时，其平均收益都低于投标价格为真实估价时的平均收益。因为当租用站点的投标价格低于其真实估价时，会减少其赢得资源的数量；而投标价格高于其真实估价时，虽然会赢得更多的资源，但却要支付更高的单位资源成交金额。可见本发明的拍卖方法具有激励相容性，投标价格为其真实估价是租用站点的优超策略。

英文缩写说明：

CBP：共存信标协议；

CBP包：完成无线区域网络小区之间自共存、信道资源共享、分布式同步等功能的数据包；

OFDMA：正交频分多址接入；

WRAN：无线区域网络；

Credit Token/CT：借用代币，即用于无线区域网络小区之间进行信道资源出租与租用的虚拟货币；

BIN：在OFDMA方式中，可出租的最小数目的符号时隙和子载波块；

BINs：BIN的复数表示；

BS：基站；

CPE：用户终端设备；

RP：出租站点的保留价格；

MAC：媒体接入控制；

ID号：信息单元识别号。

Claims (10)

1.一种基于IEEE 802.22协议的CBP包帧结构，包括前导(1)、超帧控制头(2)、MAC协议数据单元(3)、信标MAC头(4)、MAC负载(5)、循环校验域(6)，该信标MAC头(4)、MAC负载(5)、循环校验域(6)设置在MAC协议数据单元(3)中，其特征在于MAC负载(5)中设有资源出租和租用信息单元(7)，用于完成无线区域网络的小区之间信道资源的出租和租用。

2.根据权利要求1所述的CBP包帧结构，其特征在于资源出租和租用的信息单元(7)包括：

用于提供资源广告的0号信息单元RO-ADV；

用于进行资源租用请求的1号信息单元RR-REQ；

用于响应资源分配的2号信息单元RA-RSP；

用于确认资源分配的3号信息单元RA-ACK；

用于授予资源的4号信息单元RS-GRA；

这些信息单元根据信道资源出租和租用过程的每一个阶段分别被设置到所述的信息单元(7)中，以数据流的形式完成信道资源的出租与租用全过程。

3.根据权利要求2所述的CBP包帧结构，其特征在于0号信息单元RO-ADV的格式为：

长度为16bits的每个BIN中所包含的时隙数、长度为16bits的每个BIN中所包含的子载波数、长度为16bits的待租资源开始时间、长度为16bits的待租资源结束时间、长度为8bits的待出租的不连续的子载波块数、长度为16bits的出租站点的借用代币保留价格；

所述的每个子载波块都包括一个16bits的起始子载波频率、一个16bits的结束子载波频率。

4.根据权利要求2所述的CBP包帧结构，其特征在于：

所述的1号信息单元RR-REQ的格式是：长度为16bits的租用资源数量、长度为16bits的租用站点投标价格、长度等于出租站点待租资源个数的请求资源范围、长度为1bit的资源完整性要求、长度可变的保留位；

所述的2号信息单元RA-RSP的格式是：长度为1bit的分配标志、长度等于出租站点待租资源个数的资源分配结果。

5.根据权利要求2所述的CBP包帧结构，其特征在于：

所述的3号信息单元RA-ACK的格式是长度为8bits的确认码；

所述的4号信息单元RS-GRA的格式是长度为1bit的授权标志及7bits可作为其它用途的保留位。

6.一种利用权利要求1的CBP包帧结构进行信道资源拍卖的方法，包括如下步骤：

出租站点通过CBP包向周围邻近小区的租用站点发出资源广告消息，消息中包括待租资源的详细信息；

当收到邻近小区的站点发来的资源租用请求后，对每个租用站点的资源请求与投标进行分配，并将分配的结果通知各租用站点；

当收到租用站点发送的资源分配消息确认和借用代币后，发出信道资源授予消息，将信道正式出租给租用站点。

7.根据权利要求6所述的信道资源拍卖的方法，其特征在于出租站对每个租用站点的资源请求与投标进行分配，按如下过程进行：

(1)出租站点对租用站点的投标价格进行判断，如果投标价格高于自己的保留价格RP，则接受其参加竞标过程，否则拒绝其请求；

(2)统计参加竞标的各租用站点资源需求范围，根据每个可出租的最小时频信道单元BIN的竞争需求情况，给每个BIN一个分配优先级，即竞争需求越高的资源其分配优先级越低；

(3)找出投标价格最高的租用站点，若两租用站点的投标价格相同，则优先选择所需资源数量多的租用站点，并在其资源需求范围内，按照优先级从高到低的原则分配时频信道资源BINs；

(4)找出投标价格次高的租用站点，并在其资源需求范围内，按照优先级从高到低的原则预分配时频信道资源BINs，最后判断这些次高租用站点对其所请求的资源是否具有完整性要求，即要求必须得到所请求的全部数量的时频信道资源BINs，对有完整性要求的租用站点，当预分配的资源数小于租用站点请求的资源数时，此租用站点在竞标中失败，不能得到任何资源；对没有完整性要求的租用站点，则按照预分配的结果分配给时频信道资源BINs；

(5)重复第(4)步，直到没有剩余资源或者给所有的租用站点分配完毕；

(6)分配完毕后，租用站点定出单位时频信道资源BIN的成交价格，并将该单位时频信道资源BIN的成交价格与时频信道资源分配的结果发送给各个租用站点。

8.根据权利要求7所述的信道资源拍卖的方法，其特征在于单位时频信道资源BIN的成交价格的确定按如下公式进行：

V＝max(RP，max{C_k|C_k＜min{C_j}})，k＝1，2，…，K；j＝1，2，…，J；

式中，V为单位时频信道资源BIN的成交价格；

C_k为租用站点k的投标价格；

{C_k}为所有租用站点的投标价格集合，k＝1，2，…，K；

K为参加竞标的租用站点的个数；

{C_j}为所有分配到时频信道资源的租用站点的投标价格集合，

$\left\{C_j\right\}\⊆\left\{C_k\right\},$ j＝1，2，…，J，J≤K；

J为分配到时频信道资源的租用站点的个数；

RP为出租站点的保留价格。

9.一种利用权利要求1的CBP包帧结构进行信道资源投标的方法，包括如下步骤：

(1)需要租用资源的站点接收到出租站点发出资源广告消息后，根据资源广告消息中的内容判断此站点出租的资源和价格是否能满足自己的需求，若不能，则不发送任何消息，等待下一个资源广告消息；若能，则根据自己的需求向出租站点发送资源租用请求，该资源请求包括，满足服务要求的资源范围和所需资源数量及单位资源投标价格；

(2)当租用站点收到出租站点资源分配的结果和成交价格后，向出租站点返回一个确认消息并支付借用代币。

10.根据权利要求9所述的信道资源投标的方法，其特征在于投标价格的确定是：租用站点根据成本与收益的核算，选用可使自己收益达到最大的投标价格即 ${\tilde{C}}_k=f\left(p\right)$

式中，p为租用站点利用此资源为其小区内用户提供的服务所能带来的真实资费收益，

f(·)为真实收益到借用代币数目的对应关系。

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