CN103297976A

CN103297976A - 无线网络频段分配方法

Info

Publication number: CN103297976A
Application number: CN201310247502XA
Authority: CN
Inventors: 徐恪; 张宇超; 钟宜峰
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2033-06-20
Also published as: CN103297976B

Abstract

本发明提出一种无线网络频段分配方法，包括：主用户公布处于空闲的无线网络频段号、频段最低销售阈值p以及每个频段的最低销售价格k；每个次用户向主用户申报自身需求的频段号，主用户将所有需求的频段号分别公布给每个次用户；主用户计算所有满足频段最低销售阈值p的次用户组合team；对次用户进行分类；根据次用户组合team估计出价P(team_i)；根据估计出价P(team_i)的大小，对次用户组合team进行出价排序；以次用户组合为单位按先后顺序出价，比较后出价的次用户组合的价格与先出价的次用户组合的价格；直到最后一组次用户组合team出价结束。本发明在满足主用户指定的频段利用率以及最低销售价格后，即可计算出最优的频段分配方式，在保证公平性的前提下，满足次用户的需求。

Description

无线网络频段分配方法

技术领域

本发明属于无线网络频段分配技术领域，具体涉及一种无线网络频段分配方法。

背景技术

一直以来都是政府监管局掌控着无线网络频段的使用，按使用高峰期的尖峰状态，把频段划分为大小相等的块，称为信道，用以固定的服务，比如电视接收的频段。然而这种划分是长期的，时空维度固定的，到目前为止，浪费现象十分严重，许多频段的利用率极低，却不能为频段紧缺的地方所使用，严重制约了无线网络的发展。

基于这种情况，产生了主用户PU（Primary Users）希望出售剩余空闲频段，而次用户SU（Second Users）希望购买频段的现象。由此提出了“白空间”的概念，次用户能够在不影响主用户的前提下充分利用空闲频段，所以我们需要一种有效的频段分配方法。

现有的频段分配方法可以按方法大致分为两类：第一种是频段共享，主要技术有频谱池和软件无线电等；第二种是利用博弈论中的方法策略仿真博弈过程来实现。那么如何使得现有的频段分配方法在频段分配不均的地区直接应用，确保各个次用户之间的公平性，即能保证最低社会收益，又能够保证频段利用率达到指定最低销售阈值，便成为现实频段分配应用中需要解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种无线网络频段分配方法，包括以下步骤：S1：主用户公布处于空闲的无线网络频段号、频段最低销售阈值p以及每个频段的最低销售价格k；S2：每个次用户向所述主用户申报自身需求的频段号，主用户将所有需求的频段号分别公布给所述每个次用户；S3：主用户计算所有满足所述频段最低销售阈值p的次用户组合，记为team_i，其中i为次用户组合的序号，所述每个次用户组合team包括次用户成员和对应的频段利用率，所有次用户组合team构成次用户组合表；S4：对次用户进行分类，如果一个次用户成员只包含在一个次用户组合team中，则定义为单次用户SU_single，所述单次用户SU_single为自身需求的频段给出的收购价格等于最低销售价格k加上溢价σ，如果一个次用户成员包含在多个次用户组合team中，则定义为多次用户SU_multi，所述多次用户SU_multi为自身需求的频段给出的收购价格等于最低销售价格k；S5：根据所述次用户组合team计算估计出价P(team_i)，计算公式为P(team_i)＝∑num(SU_single)_i×(k+σ)+∑num(SU_multi)_i×k，其中num(SU_single)_i为次用户组合表第i个次用户组合team中包含的所有单次用户SU_single需求的总频段数量，num(SU_multi)_i为次用户组合表第i个次用户组合team中包含的所有多次用户SU_multi需求的频段总数量；S6：根据所述估计出价P(team_i)的大小，对所述次用户组合team进行出价排序，P(team_i)大的后出价；S7：以次用户组合team为单位按先后顺序出价，比较后出价的次用户组合的价格与先出价的次用户组合的价格，其中，进一步包括：S7.1：如果后出价的次用户组合的价格小于先出价的次用户组合的价格，则所述后出价的次用户组合竞价失败，后出价的次用户组合的单次用户SU_single退出竞价，多次用户SU_multi作为其他次用户组合的次用户成员继续参与竞价；S7.2：如果后出价的次用户组合的价格大于先出价的次用户组合的价格，则所述先出价的次用户组合竞价失败，先出价的次用户组合的单次用户SU_single退出竞价，多次用户SU_multi作为其他次用户组合的次用户成员继续参与竞价；S7.3：如果后出价的次用户组合的价格等于先出价的次用户组合的价格，则继续竞价，如果均为最高价格，那么在这两个次用户组合之间继续竞价；S8：直到最后一组次用户组合team出价结束。

在本发明的实施例中，在步骤S3中，主用户优选的根据整数线性规划中的0-1背包问题计算所有满足所述频段最低销售阈值p的次用户组合。

本发明在满足主用户指定的频段利用率以及最低销售价格后，即可计算出最优的频段分配方式，在保证公平性的前提下，满足次用户的需求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明实施例的无线网络频段分配方法的流程图；

图2是本发明实施例的无线网络频段分配方法的实例图；

图3是本发明实施例的无线网络频段分配方法的竞价实例示意图。

具体实施方式

根据本发明的无线网络频段分配方法，可以在频段分配不均的地区直接应用。首先主用户有空闲频段可以被其他人使用，以提高频段利用率并增加收益，其次有多个次用户来购买频段。在这里需要考虑的是供不应求的情况，因为在频段充足时，每位次用户都能满足购买需求，无需调度。所以在此只考虑频段不足时的情况，针对这种情况设计一种公平的频段出售机制，充分考虑了现实中的次用户心理，用联盟的形式形成最优组合，以组合的形式对频段进行联合购买，更符合现实意义。本发明的无线网络频段分配方法构建了频段拍卖的过程模型，不仅能够保证频段的最低销售阈值，还能指定主用户的最低销售价格。

如图1所示，为本发明实施例的无线网络频段分配方法的流程图，包括以下步骤：

S1：主用户公布处于空闲的无线网络频段号、频段最低销售阈值p以及每个频段的最低销售价格k。

在这里需要说明的是，如果不能成功销售p以上，则此次销售活动不成功。

S2：每个次用户向主用户申报自身需求的频段号，主用户将所有需求的频段号分别公布给每个次用户。

在这里需要说明的是，主用户将所有需求的频段号作为公共知识进行公开，即所有次用户都知道其他所有次用户的所需频段号，而所有次用户也都知道其他次用户知道所有次用户的所需频段号，依此类推。

S3：主用户计算所有满足频段最低销售阈值p的次用户组合，记为teami，其中i为次用户组合的序号，每个次用户组合team包括次用户成员和对应的频段利用率，所有次用户组合team构成次用户组合表。

其中需要说明的是，主用户优选的根据整数线性规划中的0-1背包问题计算所有满足频段最低销售阈值p的次用户组合。在这里需要说明的是，每个次用户组合team包括次用户成员和对应的频段利用率，将其公布为公共知识，这相当于满足了主用户关于频段最低销售阈值p的保证，只有达到此频段最低销售阈值p的次用户组合team才能执行步骤S4。

S4：对次用户进行分类，如果一个次用户成员只包含在一个次用户组合team中，则定义为单次用户SU_single，单次用户SU_single为自身需求的频段给出的收购价格等于最低销售价格k加上溢价σ，如果一个次用户成员包含在多个次用户组合team中，则定义为多次用户SU_multi，多次用户SU_multi为自身需求的频段给出的收购价格等于最低销售价格k。

在这里需要说明的是，单次用户SU_single只处在唯一的一个次用户组合team中，但同时多次用户SU_multi处在多个次用户组合team中，那么多次用户SU_multi由于有后备选择，则不会花费很高的价格去争取某一个次用户组合team获胜，因为多次用户SU_multi仍然可以通过其他次用户组合team获胜来达到购买频段的目的。

进一步的，单次用户SU_single为了保证自己能够购买成功，会有激励出高价，以保证自己所处的次用户组合team获胜，购买到所需频段，因此会选择为每个段频段多出价，即溢价σ。而多次用户SU_multi由于有后备选择，不会只想要某一个次用户组合team获胜，所以自然会降低出价。同时，多次用户SU_multi需要考虑所处次用户组合team中的其他买方，若其他人都是单次用户SU_single，则多次用户SU_multi知道单次用户SU_single会出高价，使得本次用户组合team胜出，故而会选择只出最低销售价格k。

S5：根据次用户组合team计算估计出价P(team_i)，计算公式为P(team_i)＝∑num(SU_single)_i×(k+σ)+∑num(SU_multi)_i×k，其中num(SU_single)_i为次用户组合表第i个次用户组合team中包含的所有单次用户SU_single需求的总频段数量，num(SU_multi)_i为次用户组合表第i个次用户组合team中包含的所有多次用户SU_multi需求的频段总数量。

S6：根据估计出价P(team_i)的大小，对次用户组合team进行出价排序，P(team_i)大的后出价。

在本发明的竞价过程中，由于是对频段的价格进行竞争，故后出价的次用户能够看到先出价的次用户组合team的出价总和，从而决定自己的出价，因此在步骤S6中，估计出价P(team_i)升序排列作为出价顺序。即当P(team_i)小的次用户组合team给出自己的价格后，得到本次用户组合team的出价总和，作为公共知识向所有次用户组合team公开，之后P(team_i)大的次用户组合team出价。

S7：以次用户组合team为单位按先后顺序出价，比较后出价的次用户组合的价格与先出价的次用户组合的价格，其中，进一步包括：

S7.1：如果后出价的次用户组合的价格小于先出价的次用户组合的价格，则后出价的次用户组合竞价失败，后出价的次用户组合的单次用户SU_single退出竞价，多次用户SU_multi作为其他次用户组合的次用户成员继续参与竞价。

S7.2：如果后出价的次用户组合的价格大于先出价的次用户组合的价格，则先出价的次用户组合竞价失败，先出价的次用户组合的单次用户SU_single退出竞价，多次用户SU_multi作为其他次用户组合的次用户成员继续参与竞价。

S7.3：如果后出价的次用户组合的价格等于先出价的次用户组合的价格，则继续竞价，如果均为最高价格，那么在这两个次用户组合之间继续竞价。

S8：直到最后一组次用户组合team出价结束。本发明即选择出价总和最高的次用户组合team获胜，能够得到所需频段。

下面通过一个具体实施例阐述无线网络频段分配方法，工作环境如图2所示，主用户公布处于空闲的无线网络频段号为1、2、3、4和5号频段，频段最低销售阈值p＝90%，每个频段的最低销售价格k为10万元/段。次用户申报的所需频段如图2所示。则主用户计算所有满足频段最低销售阈值p的次用户组合。

本发明实施例中，各个次用户申报的频段需求为：S1=(2,3)，S2=(1)，S3=(3,5)，S4=(4)，S5=(1,4)，S6=(5)，S7=(1,2)，由于各个次用户是同时给出所需频段号，各个次用户自己申报时不知道其他次用户所需频段号，故不存在虚假申报的激励，所以此处申请的频段号一定是真实的。可以解得本发明实施例中满足最低销售阈值p的所有次用户组合team构成的次用户组合表，如表1所示：

表1 满足频段最低销售阈值p的次用户组合表

次用户组合	包含次用户成员	频段利用率
			team₁	S3，S4，S7	100%
team₂	S1，S2，S4，S6	100%
			team₃	S1，S5，S6	100%

得到次用户组合team后，计算次用户组合team的出价顺序，单次用户SU_single＝{S2，S3，S5，S7}均只处于唯一的一个次用户组合team中，多次用户SU_multi＝{S1，S4，S6}分别都处在两个次用户组合team中，因此，单次用户SU_single会为自己所申请的频段各多出溢价σ，同时计及每个频段的最低销售价格k，由此计算每个次用户组合team的估计出价P(team_i)：

P(team₁)＝P(S3)+P(S4)+P(S7)＝(2k+2σ)+k+(2k+2σ)＝50+4σ

P(team₂)＝P(S1)+P(S2)+P(S4)+P(S6)＝2k+(k+σ)+k+k＝50+σ

P(team₃)＝P(S1)+P(S5)+P(S6)＝2k+(2k+2σ)+k＝50+2σ

那么，根据P(team_i)的值，得到的出价顺序为：team₂、team₃、team₁，并开始公开竞价，出价最高的次用户组合team获得所需频段。竞价实例示意图如图3所示。

本发明实施例的无线网络频段分配方法，使每个次用户可以提出对一个或多个频段的需求，不同频段相同地域可以同时使用不互相干扰，相同频段不同地域也能同时使用不互相干扰。本发明只适用于单冲突域的情况，即只要次用户需求的是同一频段，那么不可以同时使用，适用环境为某一中小型城市中的频段拍卖过程。

本发明充分考虑了现实生活中次用户的选择，确保各个次用户之间的公平性，即能保证最低社会收益，又能够保证频段利用率达到指定最低销售阈值，此外，本发明引入了team-work（分组合作）工作机制，使得不同次用户具有不同优先级，充分利用了出价顺序，能够达到良好的分配效果，最后本发明能够在满足主用户最低销售阈值和最低销售价格的同时，达到合理的频段分配。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种无线网络频段分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：主用户公布处于空闲的无线网络频段号、频段最低销售阈值p以及每个频段的最低销售价格k；

S2：每个次用户向所述主用户申报自身需求的频段号，主用户将所有需求的频段号分别公布给所述每个次用户；

S3：主用户计算所有满足所述频段最低销售阈值p的次用户组合，记为team_i，其中i为次用户组合的序号，所述每个次用户组合team包括次用户成员和对应的频段利用率，所有次用户组合team构成次用户组合表；

S4：对次用户进行分类，如果一个次用户成员只包含在一个次用户组合team中，则定义为单次用户SU_single，所述单次用户SU_single为自身需求的频段给出的收购价格等于最低销售价格k加上溢价σ，如果一个次用户成员包含在多个次用户组合team中，则定义为多次用户SU_multi，所述多次用户SU_multi为自身需求的频段给出的收购价格等于最低销售价格k；

S5：根据所述次用户组合team计算估计出价P(team_i)，计算公式为P(team_i)＝∑num(SU_single)_i×(k+σ)+∑num(SU_multi)_i×k，其中num(SU_single)_i为次用户组合表第i个次用户组合team中包含的所有单次用户SU_single需求的总频段数量，num(SU_multi)_i为次用户组合表第i个次用户组合team中包含的所有多次用户SU_multi需求的频段总数量；

S6：根据所述估计出价P(team_i)的大小，对所述次用户组合team进行出价排序，P(team_i)大的后出价；

S7.1：如果后出价的次用户组合的价格小于先出价的次用户组合的价格，则所述后出价的次用户组合竞价失败，后出价的次用户组合的单次用户SU_single退出竞价，多次用户SU_multi作为其他次用户组合的次用户成员继续参与竞价；

S7.2：如果后出价的次用户组合的价格大于先出价的次用户组合的价格，则所述先出价的次用户组合竞价失败，先出价的次用户组合的单次用户SU_single退出竞价，多次用户SU_multi作为其他次用户组合的次用户成员继续参与竞价；

S7.2：如果后出价的次用户组合的价格等于先出价的次用户组合的价格，则继续竞价，如果均为最高价格，那么在这两个次用户组合之间继续竞价；

S8：直到最后一组次用户组合team出价结束。

2.如权利要求1所述的无线网络频段分配方法，在步骤S3中，主用户优选的根据整数线性规划中的0-1背包问题计算所有满足所述频段最低销售阈值p的次用户组合。