CN103369682B - 多信道网络的信道分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多信道网络的信道分配方法，主要解决现有分配方法中网络容量不高及没有考虑用户需求的问题。其实现步骤为：1）两个发送用户将需求的带宽进行交互；2）两个发送用户预选接入两个信道；3）设置发送用户参与博弈各种情况下的效用函数；4）发送用户获得博弈达到纳什均衡的条件；5）发送用户判断满足纳什均衡条件接入的信道与预选接入的信道是否相同，若相同则两个发送用户直接接入预选信道发送信息，若不同则两个发送用户接入满足纳什均衡条件的信道发送信息。本发明提出的信道分配方法简单、方便，能够有效地减小竞争，降低干扰，能在满足用户需求的条件下提高了网络容量，可用于多信道网络通信。

Description

多信道网络的信道分配方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及一种多信道网络的信道分配方法，可用于多信道网络通信。

背景技术

多信道网络是一种新型的网络技术，近年来多信道网络信道分配方法取得了非常显著地成果。一个好的信道分配方法应该能够最大限度的降低节点竞争与干扰，提高网络容量，避免涟漪效应和网络拓扑健壮性降低。

现有的信道分配方法可以分为集中式信道分配方法、分布式信道分配方法以及混合式信道分配方法。从信道分配方法的执行者来看，当前大部分信道分配方法都属于集中式，比较适合能周期获取网络全局拓扑和流量分布等信息的网关向路由节点分配信道。分布式方法需要解决的严峻的问题是各独立节点只能根据获取的周围k跳范围内的节点分布信息来进行信道分配。混合式方法的基本思想是：将节点射频分成两个部分，一部分充当“固定”射频，在相对较长的时间内保持在某个信道不变，其余射频根据业务需求在不同的信道上实现切换。

国家知识产权局2013-05-15公布的CN103108397A，申请号201310075133.0名称：基于粒子群的无线Mesh网快速信道分配方法，公开了一种面对复杂干扰环境下，更快更优化的基于粒子群算法的无线Mesh网络的信道分配方法。这种方法通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优，在有效地迭代次数内可以很快的找到合适的信道。但这种方法没有考虑信道的带宽和用户需求带宽，只是根据网络的拓扑进行信道分配，不能达到最大限度的降低竞争与干扰，网络容量低。

国家知识产权局2013-03-20公布的CN102984736A，申请号201210544022.5名称：无线泛在异构网络资源优化方法，公开了一种无线泛在异构网络资源优化方法，采用非合作博弈论方法进行信道分配，根据信道变化状况，随时为不同终端提供相应带宽，优化不同终端带宽分配。但这种方法没有考虑用户需求带宽，只是根据信道的带宽对信道进行分配，容易出现分配的带宽不能满足用户需求的情况。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种多信道网络的信道分配方法，以在尽量满足用户需求的条件下提高网络容量。

实现本发明目的的技术思路是：每个发送用户将其通信信道初始化至某信道，当其偏离该信道时给予惩罚；根据各种情况下的效用函数分析获得纳什均衡点，并在纳什均衡点策略的信道上发送信息。具体实现步骤如下：

（1）发送用户1将自已需求的带宽d₁与发送用户2需求的带宽d₂，以广播的形式进行交互；

（2）发送用户预选接入信道c₁，发送用户2预选接入信道c₂；

（3）设置发送用户1、发送用户2在参与以下四种博弈情况下的效用函数：

情况一，当发送用户1和发送用户2都接入信道c₁时，则：

发送用户1的效用函数为：

发送用户2的效用函数为：

其中，表示发送用户1在情况一下可占用的带宽；

表示发送用户2在情况一下可占用的带宽；

B₁表示信道c₁的可用带宽，0<α<1表示用户收益的权重，(1-α)表示用户偏离初始化信道惩罚的权重；

情况二，当发送用户1接入信道c₁、发送用户2接入信道c₂时，则：

发送用户1的效用函数为：

发送用户2的效用函数为：

其中，表示发送用户1在情况二下可占用的带宽；

表示发送用户2在情况二下可占用的带宽；

B₂表示信道c₂的可用带宽；

情况三，当发送用户1接入信道c₂、发送用户2接入信道c₁时，则：

发送用户1的效用函数为：

发送用户2的效用函数为：

其中，表示发送用户1在情况三下可占用的带宽；

表示发送用户2在情况三下可占用的带宽；

情况四，当发送用户1和发送用户2都接入信道c₂时，则：

发送用户1的效用函数为：

发送用户2的效用函数为：

其中，表示发送用户1在情况四下可占用的带宽；

表示发送用户2在情况四下可占用的带宽；

（4）根据步骤（3）得到的不同博弈情况下的效用函数，发送用户1、发送用户2获取该博弈达到纳什均衡的条件：

若效用函数同时满足则达到纳什均衡的条件是：发送用户1与发送用户2都接入信道c₁；

若效用函数同时满足则达到纳什均衡的条件是：发送用户1接入信道c₁，发送用户2接入信道c₂；

若效用函数同时满足则达到纳什均衡的条件是：发送用户1接入信道c₂，发送用户2接入信道c₁；

若效用函数同时满足则达到纳什均衡的条件是：发送用户1和发送用户2都接入信道c₂；

（5）发送用户1、发送用户2判断满足纳什均衡条件的接入信道是否与步骤2预选接入的信道相同，如果相同，则发送用户1和发送用户2直接接入预选信道发送信息；如果不同，则发送用户1和发送用户2接入满足纳什均衡条件的信道发送信息。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，本发明基于博弈论方法，提出预选分配信道及偏离预选信道给予惩罚思想，令得到的信道分配方法唯一，有效地降低了干扰，提高了网络容量。

第二，本发明在解决多信道网络的信道分配问题时，同时考虑了信道带宽和用户需求带宽，得到的信道分配方法更能满足用户的需求。

附图说明

图1为本发明的实现流程图；

图2为本发明两个发送用户参与博弈的四种情况及其效用函数示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

参照图1，本发明的具体实施步骤如下：

步骤1，发送用户1将自已需求的带宽d₁与发送用户2需求的带宽d₂，以广播的形式进行交互；

在本发明实施例中，发送用户1发送信息需求的带宽为9Mbps，发送用户2发送信息需求的带宽为15Mbps，发送用户1与发送用户2以广播的形式对双方需求的带宽进行交互，通过交互获得对方需求的带宽。

步骤2，发送用户1预选接入信道c₁，发送用户2预选接入信道c₂，两个发送用户暂时不发送信息，等待切换信道。

步骤3，设置发送用户1、发送用户2在参与如图2示的以下四种博弈情况下的效用函数：

所述的博弈，是指非合作博弈，即参与者如何选择行动方案使自己的收益最大。此处的参与者为发送用户1和发送用户2，行动方案为接入信道c₁或者接入信道c₂，收益为设置的效用函数。

效用函数的取值由自己的行动方案和对方行动方案共同决定，发送用户1和发送用户2各自从接入信道c₁和接入信道c₂两个行动方案中选择一个执行，使自己的效用函数值最大。

情况一，当发送用户1和发送用户2都接入信道c₁时，则：

发送用户1的效用函数为：

发送用户2的效用函数为：

其中，表示发送用户1在情况一下可占用的带宽；

表示发送用户2在情况一下可占用的带宽；

B₁表示信道c₁的可用带宽，0<α<1表示用户收益的权重，(1-α)表示用户偏离初始化信道惩罚的权重；

在本发明实施例中，信道c₁的可用带宽为25Mbps，则 $U_1^1=9\mathrm{\&alpha;},U_2^1=15\mathrm{\&alpha;}-15(1-\mathrm{\&alpha;});$

情况二，当发送用户1接入信道c₁、发送用户2接入信道c₂时，则：

发送用户1的效用函数为：

发送用户2的效用函数为：

其中，表示发送用户1在情况二下可占用的带宽；

表示发送用户2在情况二下可占用的带宽；

B₂表示信道c₂的可用带宽；

在本发明实施例中，信道c₂的可用带宽为8Mbps，则 $U_1^2=9\mathrm{\&alpha;},U_2^2=8\mathrm{\&alpha;};$

情况三，当发送用户1接入信道c₂、发送用户2接入信道c₁时，则：

发送用户1的效用函数为：

发送用户2的效用函数为：

其中，表示发送用户1在情况三下可占用的带宽；

表示发送用户2在情况三下可占用的带宽；

在本发明实施例中， $b_1^3=8\mathrm{Mbps},b_2^3=15\mathrm{Mbps},U_1^3=8\mathrm{\&alpha;}-8(1-\mathrm{\&alpha;}),$ $U_2^3=15\mathrm{\&alpha;}-15(1-\mathrm{\&alpha;});$

情况四，当发送用户1和发送用户2都接入信道c₂时，则：

发送用户1的效用函数为：

发送用户2的效用函数为：

其中，表示发送用户1在情况四下可占用的带宽；

表示发送用户2在情况四下可占用的带宽；

在本发明实施例中， $b_1^4=0\mathrm{Nbps},b_2^4=8\mathrm{Mbps},U_1^4=0,U_2^4=8\mathrm{\&alpha;}.$

步骤4，根据步骤（3）得到的不同博弈情况下的效用函数，发送用户1、发送用户2获取该博弈达到纳什均衡的条件。

所述的纳什均衡，是指每个参与者的行动方案都是为了达到自己期望收益的最大值。达到纳什均衡后，发送用户1和发送用户2的效用函数值最大。

若效用函数同时满足则达到纳什均衡的条件是：发送用户1与发送用户2都接入信道c₁；

若效用函数同时满足则达到纳什均衡的条件是：发送用户1接入信道c₁，发送用户2接入信道c₂；

若效用函数同时满足则达到纳什均衡的条件是：发送用户1接入信道c₂，发送用户2接入信道c₁；

若效用函数同时满足则达到纳什均衡的条件是：发送用户1和发送用户2都接入信道c₂。

在本发明实施例中， $U_1^1=9\mathrm{\&alpha;},U_1^3=8\mathrm{\&alpha;}-8(1-\mathrm{\&alpha;}),U_1^4=0,U_1^2=9\mathrm{\&alpha;},$

在本实例中如果设置收益的权重α=0.8，则达到纳什均衡的条件是：发送用户1和发送用户2都接入信道c₁。

在本实例中如果设置收益的权重α=0.6，则达到纳什均衡的条件是：发送用户1接入信道c₁，发送用户2接入信道c₂。

步骤5，发送用户1、发送用户2判断满足纳什均衡条件的接入信道是否与步骤2预选接入的信道相同，如果相同，则发送用户1和发送用户2直接接入预选信道发送信息；如果不同，则发送用户1和发送用户2接入满足纳什均衡条件的信道发送信息。

在本实施例中，设置收益的权重α=0.8时，达到纳什均衡的条件是：发送用户1和发送用户2都接入信道c₁，与预选接入信道不同，故发送用户1和发送用户2都接入信道c₁发送信息。

在本实施例中，设置收益的权重α=0.6时，达到纳什均衡的条件是：发送用户1接入信道c₁，发送用户2接入信道c₂，与预选接入信道相同，故发送用户1和发送用户2直接接入预选信道发送信息。

以上是本发明的具体实施例，不构成对本发明的限制，显然在本发明的思想下可以进行不同的变更，但这些均在本发明的保护之列。

Claims (2)

1.一种多信道网络的信道分配方法，包括如下步骤：

(1)发送用户1将自已需求的带宽d₁与发送用户2需求的带宽d₂，以广播的形式进行交互；

(2)发送用户1预选接入信道c₁，发送用户2预选接入信道c₂；

(3)设置发送用户1、发送用户2在参与以下四种博弈情况下的效用函数：

情况一，当发送用户1和发送用户2都接入信道c₁时，则：

发送用户1的效用函数为：

发送用户2的效用函数为：

其中，表示发送用户1在情况一下可占用的带宽；

表示发送用户2在情况一下可占用的带宽；

B₁表示信道c₁的可用带宽，0<α<1表示用户收益的权重，(1-α)表示用户偏离初始化信道惩罚的权重；

情况二，当发送用户1接入信道c₁、发送用户2接入信道c₂时，则：

发送用户1的效用函数为：

发送用户2的效用函数为：

其中，表示发送用户1在情况二下可占用的带宽；

表示发送用户2在情况二下可占用的带宽；

B₂表示信道c₂的可用带宽；

情况三，当发送用户1接入信道c₂、发送用户2接入信道c₁时，则：

发送用户1的效用函数为：

发送用户2的效用函数为：

其中，表示发送用户1在情况三下可占用的带宽；

表示发送用户2在情况三下可占用的带宽；

情况四，当发送用户1和发送用户2都接入信道c₂时，则：

发送用户1的效用函数为：

发送用户2的效用函数为：

其中，表示发送用户1在情况四下可占用的带宽；

表示发送用户2在情况四下可占用的带宽；

(4)根据步骤(3)得到的不同博弈情况下的效用函数，发送用户1、发送用户2获取该博弈达到纳什均衡的条件：

若效用函数同时满足和则达到纳什均衡的条件是：发送用户1与发送用户2都接入信道c₁；

若效用函数同时满足和则达到纳什均衡的条件是：发送用户1接入信道c₁，发送用户2接入信道c₂；

若效用函数同时满足和则达到纳什均衡的条件是：发送用户1接入信道c₂，发送用户2接入信道c₁；

若效用函数同时满足和则达到纳什均衡的条件是：发送用户1和发送用户2都接入信道c₂；

(5)发送用户1、发送用户2判断满足纳什均衡条件的接入信道是否与步骤2预选接入的信道相同，如果相同，则发送用户1和发送用户2直接接入预选信道发送信息；如果不同，则发送用户1和发送用户2接入满足纳什均衡条件的信道发送信息。

2.根据权利要求1所述的多信道网络的信道分配方法，所述步骤(3)中的博弈，是指非合作博弈，即参与者如何选择行动方案使自己的收益最大，此处的参与者为发送用户1和发送用户2，行动方案为接入信道c₁或者接入信道c₂，收益为设置的效用函数。