CN102413470B - 一种信道拍卖方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信道拍卖方法，包括：构建买家冲突图；根据该买家冲突图构建买家集合；根据各个卖家提供信道的数量、各个买家集合和卖家提供的信道报价构建交易集；确定市场出清价和赢得拍卖的买家的实际支付。本发明公开的信道拍卖方法，可以保证有多个信道需求的买家在一次拍卖过程中得到获取多个信道的机会；另外，构建买家集合的每轮迭代中，都可以构造出当前所有可构造的买家集合中总报价最高的买家集合，保证选出了购买力最大的买家集合，由于买家集合的总购买力越大，拍卖效率也就越高，从而间接保证了拍卖效率的最大化，同时在构建买家集合时，为了提高买家的购买力，已经将尽可能多的买家加入了同一买家集合，从而提高信道复用率。

Description

一种信道拍卖方法

技术领域

本发明属于频谱资源分配技术领域，尤其涉及一种信道拍卖方法。

背景技术

传统的信道分配方式是由美国联邦通信委员会(FCC)等国际组织采用集中式的信道拍卖方式，以长期的区域租赁方式提供给信道需求者一大段频谱资源。然而，FCC等国际组织在没有充分考虑信道复用的情况下，在过去的几十年里已经将大多数频谱资源分配出去。这就造成了一个尴尬的局面：一方面现有的部分信道拥有者并没有充分利用所申请到的频谱资源，使得部分频谱资源长时间空闲；而另一方面新的信道需求者却无法申请到所需的频谱资源。近些年来，个人、中小企业和研究机构对信道的需求越来越迫切，如果能充分利用这些空闲的频谱资源，就可以缓解现有这种信道短缺的现状。

现在，信道拥有者向信道需求者分配信道资源的过程通过拍卖实现，主要包括以下步骤：采用TRUST算法构建买家集合，之后根据各个买家集合给出的信道报价和各个卖家给出的信道报价构建交易集，按照一定的交易价格将进入交易集的来自于卖家的信道分配给进入交易集的买家。其中，TRUST算法采用随机的方式来构建买家集合，在同一个买家集合中的买家可以共享同一条信号，每个买家集合作为一个整体参与拍卖。

但是，由于TRUST算法采用了随机的方式来构建买家集合，这就使得所构建出买家集合的购买力也是随机的，这种买家集合的构建方式可能会导致买家总体购买力不高，从而导致买家成功竞拍到的信道数较少，最终影响拍卖效率，拍卖效率是指买家成功竞拍到的信道总数与买家的信道需求总数之间的比值。同时，TRUST算法虽然实现了信道复用，却没有考虑如何构建买家集合才能尽可能地提高信道复用率，这种随机的构建方式也必然导致最终的信道复用率也是随机的，使得信道复用率不高。另外，现有的信道拍卖算法在拍卖时均规定每个买家只能购买一条信道，未考虑到买家对多条信道的实际需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种信道拍卖方法，以解决现有信道拍卖方法中存在的拍卖效率和信道复用率较低、未考虑买家对多条信道实际需求的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种信道拍卖方法，包括：

步骤S1：构建买家冲突图，所述买家冲突图中包括参与拍卖的各个买家的信道需求量、对单条信道的报价、以及各个买家之间的拓扑关系；

步骤S2：根据所述买家冲突图构建买家集合，包括：

步骤S21：设置迭代轮数ID号j为0；

步骤S22：设置最大买家集合报价Max_bid为0，买家id号i为1；

步骤S23：将Max_Clique(i)赋值给Temp_MG，将Bid_Max_Clique(i)赋值给Temp_Bid，其中Temp_MG为临时买家集合，Temp_Bid为临时买家集合报价，Max_Clique(i)为总报价最高且包含买家i的买家集合，Bid_Max_Clique(i)为总报价最高且包含买家i的买家集合的报价，所述总报价是指买家集合中对单条信道的最低报价与所述买家集合内买家数量的乘积；

步骤S24：判断Temp_Bid是否大于Max_bid，若是，则执行步骤S25，否则执行步骤S26；

步骤S25：将Temp_Bid赋值给Max_bid，将Temp_MG赋值给MG_j，其中MG_j为第j轮迭代所构建的买家集合；

步骤S26：判断买家i是否为买家总集合中的最后一个买家，若是，则执行步骤S27，否则执行步骤S28；

步骤S27：将当前的i加1作为新的i，执行步骤S23；

步骤S28：确定所述MG_j中信道需求量最少的买家，将其信道需求量作为的MG_j信道需求数量|MG_j|，将MG_j中各个买家的信道需求数与|MG_j|的差作为所述各个买家新的信道需求数；

步骤S29：判断MG_j中每个买家新的信道需求数是否等于0，将新的信道需求数为0的买家从买家总集合中删除；

步骤S210：判断买家总集合是否为空，若集合为空，则买家集合构造结束，否则执行步骤S11；

步骤S11：将当前的j加1作为新的j，执行步骤S22；

步骤S3：根据各个卖家提供信道的数量、各个买家集合和卖家提供的信道报价构建交易集，所述买家集合的信道报价是该买家集合的总报价；

步骤S4：确定市场出清价和赢得拍卖的买家的实际支付。

优选的，在上述方法中，所述构建买家冲突图的过程包括：

根据买家之间的距离、以及信道干涉半径确定各个买家之间的拓扑关系；

在所述拓扑关系中标示各个买家的信道需求量以及单条信道的报价。

优选的，在上述方法中，确定市场出清价的过程包括：

确定进入交易集的所有来自于卖家的信道报价；

将所述来自于卖家的信道报价的最高值作为市场出清价。

优选的，在上述方法中，确定各个买家的实际支付的过程包括：

确定买家所在买家集合中对单条信道的最低报价；

将所述最低报价作为该买家集合中所有买家的实际支付。

由此可见，本发明的有益效果为：本发明公开的信道拍卖方法，在构建买家集合的过程中，有多个信道需求的买家可以加入一个或者多个买家集合中，从而在一次拍卖过程中得到获取多个信道的机会；另外，构建买家集合的每轮迭代过程中，都可以构造出一个买家集合，该买家集合是当前所有可构造的买家集合中总报价最高的，这样就可以保证每轮所构建出的买家集合的总报价均是当前最大的，即保证了选出了购买力最大的买家集合，由于买家集合的总购买力越大，拍卖效率也就越高，从而间接保证了拍卖效率的最大化，同时，在构建买家集合时为了提高买家的购买力，已经将尽可能多的买家加入了同一买家集合，从而提高信道复用率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明公开的一种信道拍卖的方法的流程图；

图2为本发明中公开的构建买家冲突图的方法的流程图；

图3为本发明中构建买家集合的方法的流程图；

图4为本发明中公开的一种买家冲突图的示意图；

图5为三种信道拍卖方法中买家报价与所加入买家集合的总报价之间的关系图；

图6为三种信道拍卖方法中买家报价与竞拍成功率之间的关系图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明公开了一种信道拍卖的方法，以解决现有信道拍卖方法中存在的拍卖效率和信道复用率较低、未考虑买家对多条信道实际需求的问题。

参见图1，图1为本发明公开的一种信道拍卖的方法的流程图。包括：

步骤S1：构建买家冲突图。

买家冲突图中包括参与拍卖的各个买家的信道需求量、对单条信道的报价、以及各个买家之间的拓扑关系，图4为本发明中公开的一种买家冲突图的示意图。构建买家冲突图的过程如图2所示，包括：

步骤S11：根据买家之间的距离、以及信道干涉半径确定各个买家之间的拓扑关系。

当两个买家之间的距离超过信道的干涉半径时，这两个买家可以共享一条信道，反之，当两个买家之间的距离小于或等于信道的干涉半径时，这两个买家不能共享信道。针对参与拍卖的所有买家，采用遍历的方式，分别比较任意两个买家之间距离和信道干涉半径，确定具有冲突的买家，之后在具有冲突的买家之间标示冲突关系，形成买家之间的拓扑关系。

步骤S12：在该拓扑关系中标示各个买家的信道需求量以及单条信道的报价。

步骤S2：根据买家冲突图构建买家集合。

根据买家之间的冲突关系及报价构建买家集合，利用博弈论对该问题建模，尽可能地将能够共享同一信道的多个买家划分进同一集合，并使得集合内的买家利益最大化。其具体实现过程如图3所示，包括：

步骤S21：设置迭代轮数ID号j为0。

步骤S22：设置最大买家集合报价Max_bid为0，买家id号i为1。

步骤S23：将Max_Clique(i)赋值给Temp_MG，将Bid_Max_Clique(i)赋值给Temp_Bid。

其中Temp_MG为临时买家集合，Temp_Bid为临时买家集合报价，Max_Clique(i)为总报价最高且包含买家i的买家集合，Bid_Max_Clique(i)为总报价最高且包含买家i的买家集合的报价。总报价是指买家集合中对单条信道的最低报价与该买家集合内买家数量的乘积。

实施中，可以通过枚举的方法确定Max_Clique(i)。具体的，根据买家冲突图构建所有包含买家i的买家集合，通过遍历各个包含买家i的买家集合的总报价，最终找到所有包含买家i的买家集合中总报价最高的。

步骤S24：判断Temp_Bid是否大于Max_bid，若是，则执行步骤S25，否则执行步骤S26。

步骤S25：将Temp_Bid赋值给Max_bid，将Temp_MG赋值给MG_j，其中MG_j为第j轮迭代所构建的买家集合。

步骤S26：判断买家i是否为买家总集合中的最后一个买家，其中，买家总集合中包含的买家数量为N，若是，则执行步骤S27，否则执行步骤S28。

步骤S27：将当前的i加1作为新的i，执行步骤S23。

步骤S28：确定所述MG_j中信道需求量最少的买家，将其信道需求量作为的MG_j信道需求数量|MG_j|，将MG_j中各个买家的信道需求数与|MG_j|的差作为所述各个买家新的信道需求数。

步骤S29：判断MG_j中每个买家新的信道需求数是否等于0，将新的信道需求数为0的买家从买家总集合中删除。

步骤S210：判断买家总集合是否为空，若集合为空，则买家集合构造结束，否则执行步骤S11。

步骤S211：将当前的j加1作为新的j，执行步骤S22；

通过对买家集合构建问题进行博弈建模，并进一步分析发现：该问题的Nash均衡解为使每个买家加入他所能加入的总报价最高的买家集合。这样不仅可以最大化地提高买家的竞拍成功率，符合买家的利益需求，还最大化了买家集合的购买力，从而提高拍卖效率。

以图4的买家拓扑为例，按照上述方法可以构建出五个买家集合，分别为：{买家集合：{2，4}，单条信道集合总报价：12，每个集合买家单条信道报价：6，集合信道需求数：2}、{{2，5，7}，9，3，1}、{{1，8}，8，4，2}、{{3，5}，4，2，1}、{{6}，2，2，3}。这种根据买家的报价和其冲突关系所构建出的买家集合满足了买家的利益需求，最大化了买家集合购买力。同时，在不损害集合内买家利益的前提下，所构建出的集合已经包含了尽可能多的买家，这就使得所设计的方法可以实现较高的信道复用率。

步骤S3：根据各个卖家提供信道的数量、各个买家集合和卖家提供的信道报价构建交易集。

买家集合构建完之后，所有买家将以集合的形式参与竞拍。构建交易集的原则是，参与拍卖的各个卖家中信道报价较低的卖家可进行交易，参与拍卖的各个买家集合中信道报价较高的买家集合可进行交易。

在构建交易集的过程中，假设多个卖家共提供M条信道、多个买家集合共需求N条信道，则各个卖家和买家集合共提供M+N个信道报价，确定各个买家集合和各个卖家提供的各个信道的信道报价，其中，买家集合的信道报价是该买家集合的总报价。之后，对各个信道报价按照价格从高到低进行排序，第(M+1)高的信道报价是指在所有(M+N)个信道报价中，按降序排列排在第(M+1)位的信道报价，而rank(b_L)表示报价b_L在整个报价集合中的排序，K_L表示信道数量，其中买家集合取正数，卖家取负数。

例如，买家集合i需要2条信道，则K_i＝2，而卖家j持有3条信道，则K_j＝-3。所述的构建交易集方法如下：

判断第M+1高的信道报价和第M高的信道报价来自于与买家集合还是卖家。

当第M+1高的信道报价和第M高的信道报价分别来自于买家集合和卖家时，若第M+1高的信道报价来自卖家、第M高的信道报价来自于买家集合，则交易集为：

{K_L＜0|rank(b_L)≥M+1}∪{K_L＞0|rank(b_L)＜M+1}               (1)

若第M+1高的信道报价来自买家集合、第M高的信道报价来自于卖家，则交易集为：

{K_L＜0|rank(b_L)＞M+1}∪{K_L＞0|rank(b_L)＜M+1}                (2)

公式(1)的含义是：排序后的各个信道报价中排名不高于M+1且来自于卖家的信道、以及排序后的各个信道报价中排名高于M+1且来自于买家集合的信道进入交易集。

公式(2)的含义是：排序后的各个信道报价中排名低于M+1且来自于卖家的信道、以及排序后的各个信道报价中排名高于M+1且来自于买家集合的信道进入交易集。

当第M+1高的信道报价和第M高的信道报价都来自卖家时，则仍采用公式(1)构造交易集；若第M+1高的信道报价和第M高的信道报价都来自买家集合时，则首先根据公式(2)构造初始交易集，然后在初始交易集中删掉与第M+1高的信道报价相等的来自于买家集合的信道报价，并确定被删除掉的来自于买家集合的信道报价的数量，之后按价格从高到低的顺序在初始交易集中删掉相同数量的来自于卖家的信道报价，得到最终的交易集。

仍以图4所示的买家冲突图为例，假设有4个卖家共提供7条信道，其中卖家1仅有1条信道，每条信道出价为13；卖家2提供3条信道，每条信道出价10；卖家3提供2条信道，每条信道出价7；卖家4提供1条信道，每条信道出价6。

对各个报价按照价格从高到低进行排序，得到：{13，(12，12)，(10，10，10)，9，(8，8)，(7，7)，6，4，(2，2，2)}，根据上述的交易集构建方式，最终构建的交易集为：{(12，12)，9，(7，7)，6}。

采用上述方法构造的交易集可以保证市场出清。

步骤S4：确定市场出清价和赢得拍卖的买家的实际支付。

本发明中确定市场出清价的过程为：确定进入交易集的所有来自于卖家的信道报价，之后将所述来自于卖家的信道报价的最高值作为市场出清价。

对于进入交易集的所有卖家，市场出清价Pg为：

Pg＝max(g_j)，其中，g_j∈进入交易集的所有卖家的信道报价。

传统的确定买家的实际支付的过程为：确定进入交易集的一个买家集合中买家的个数，之后计算市场出清价与该买家个数之比，该比值即为该买家集合中各个买家需要支付的信道价格，即实际支付。

为了保证买家能够诚实报价，本发明不再使用市场出清价除以买家集合中买家个数作为集合内单个买家的实际支付的出清价策略(如：TRUST)。本发明中确定买家的实际支付的过程为：确定买家所在买家集合中对单条信道的最低报价，之后将所述最低报价作为该买家集合中所有买家的实际支付。

对于进入交易集的买家集合i，其中每个买家实际需要支付的单条信道价格Pf_i为：

Pf_i＝MinBid(MG_i)，j∈MG_i

其中MinBid(MG_i)是买家集合MG_i中买家的最小信道报价，也就是说最后赢得拍卖的买家实际需要支付的费用是所在买家集合内所有买家的最低信道报价。

本发明公开的信道拍卖方法，在构建买家集合的过程中，有多个信道需求的买家可以加入一个或者多个买家集合中，从而在一次拍卖过程中得到获取多个信道的机会；另外，构建买家集合的每轮迭代都可以构造出一个买家集合，而且该买家集合是当前所有可构造的买家集合中总报价最高的，这样就可以保证每轮所构建出的买家集合的总报价均是当前最大的，即保证选出了购买力最大的买家集合，由于买家集合的总购买力越大，拍卖效率也就越高，从而间接保证了拍卖效率的最大化，同时，在构建买家集合时为了提高买家的购买力，已经将尽可能多的买家加入了同一买家集合，从而提高信道复用率。

另外，买家集合的构造和出清价机制均可以保证买家的诚实报价，防止了买家间私下联合行为的出现。由于买家不可能知道其他所有买家的报价情况，也就无法保证私下联合所组成的买家集合是最优的，从而影响信道复用率和拍卖效率。因此，本发明所公开的拍卖方法防止了私下联合的发生，也就间接地提高了信道复用率和拍卖效率。

本发明在100m*100m的区域执行，所有买家随机分布在该区域内。相距20m以内的买家相互冲突，无法共享信道。模拟实验的参数设置如下：

买家参数：数量为30，信道需求数随机分布在[1，3]之间，报价随机分布在[10，35]之间；

卖家参数：数量为5，信道需求数随机分布在[1，3]之间，报价随机分布在[35，60]之间。

为了解决TRUST无法满足买家对多信道需求的问题，对TRUST做了两种不同的改进，并与本发明所公开的方法相比较。两种改进分别为：

TRUST1：如果买家需要多条信道，则将该买家抽象为仅需要一条信道的多个买家参与竞拍。

TRUST2：通过多轮竞拍实现，每个买家每轮仅竞拍一条信道，直到单轮竞拍无成交记录为止，竞拍结束。

与传统的最优信道分配机制相比，信道拍卖机制在信道复用率方面均有所衰减。本发明所公开的方法的复用率衰减仅为18％左右，而两种TRUST的改进方法的复用率衰减均达到27％左右。这是由TRUST随机构造买家集合的方式造成的，而本发明方法最大化了买家集合内买家的数量，从而提高了信道复用率，减少了衰减程度。

如图5所示，对于本发明所公开的方法，报价越高的买家所加入的买家集合的总报价越高，而对于TRUST的两种改进方法，买家的报价与所加入的买家集合的总报价无关。而买家集合的总报价越高，该买家集合中买家的竞拍成功率越高。从图6中也可以看出，拍卖的实际结果与之前的分析是一致的，当买家在区域内均匀分布时，在本发明所公开的方法中，报价越高的买家越容易竞拍到信道。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (4)

1.一种信道拍卖方法，其特征在于，包括：

步骤S1：构建买家冲突图，所述买家冲突图中包括参与拍卖的各个买家的信道需求量、对单条信道的报价、以及各个买家之间的拓扑关系，其中，所述各个买家之间的拓扑关系根据买家之间的距离以及信道干涉半径确定；

步骤S2：根据所述买家冲突图构建买家集合，包括：

步骤S21：设置迭代轮数ID号j为0；

步骤S22：设置最大买家集合报价Max_bid为0，买家id号i为1；

步骤S23：将Max_Clique(i)赋值给Temp_MG，将Bid_Max_Clique(i)赋值给Temp_Bid，其中Temp_MG为临时买家集合，Temp_Bid为临时买家集合报价,Max_Clique(i)为总报价最高且包含买家i的买家集合，Bid_Max_Clique(i)为总报价最高且包含买家i的买家集合的报价，所述总报价是指买家集合中对单条信道的最低报价与所述买家集合内买家数量的乘积；

步骤S24：判断Temp_Bid是否大于Max_bid，若是，则执行步骤S25，否则执行步骤S26；

步骤S25：将Temp_Bid赋值给Max_bid，将Temp_MG赋值给MG_j，其中MG_j为第j轮迭代所构建的买家集合；

步骤S26：判断买家i是否为买家总集合中的最后一个买家，若是，则执行步骤S27，否则执行步骤S28；

步骤S27：将当前的i加1作为新的i，执行步骤S23；

步骤S28：确定所述MG_j中信道需求量最少的买家，将其信道需求量作为的MG_j信道需求数量|MG_j|，将MG_j中各个买家的信道需求数与|MG_j|的差作为所述各个买家新的信道需求数；

步骤S29：判断MG_j中每个买家新的信道需求数是否等于0，将新的信道需求数为0的买家从买家总集合中删除；

步骤S210：判断买家总集合是否为空，若集合为空，则买家集合构造结束，否则执行步骤S11；

步骤S11：将当前的j加1作为新的j，执行步骤S22；

步骤S3：根据各个卖家提供信道的数量、各个买家集合和卖家提供的信道报价构建交易集，所述买家集合的信道报价是该买家集合的总报价，其中，所述构建交易集的原则是：参与拍卖的各个卖家中信道报价较低的卖家可进行交易，参与拍卖的各个买家集合中信道报价较高的买家集合可进行交易；

步骤S4：确定市场出清价和赢得拍卖的买家的实际支付；其中，所述出清价为所述来自于赢得拍卖的卖家的信道报价的最高值；所述确定买家的实际支付的过程为：确定买家所在买家集合中对单条信道的最低报价，之后将所述最低报价作为该买家集合中所有买家的实际支付。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建买家冲突图的过程包括：

根据买家之间的距离、以及信道干涉半径确定各个买家之间的拓扑关系；

在所述拓扑关系中标示各个买家的信道需求量以及单条信道的报价。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定市场出清价的过程包括：

确定进入交易集的所有来自于卖家的信道报价；

将所述来自于卖家的信道报价的最高值作为市场出清价。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，确定各个买家的实际支付的过程包括：

确定买家所在买家集合中对单条信道的最低报价；

将所述最低报价作为该买家集合中所有买家的实际支付。