CN109756981B - 一种基于拍卖机制的战场无线频谱资源分配方法和系统 - Google Patents

一种基于拍卖机制的战场无线频谱资源分配方法和系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种基于拍卖机制的战场无线频谱资源分配方法和系统，其中，该方法的步骤包括：将战场内授权的空/频资源按不同无线通信设备频点分为若干频段；战场中的管理者和用户利用由用户价值函数和管理者成本函数构建的用户收益公式和管理者收益公式，根据网络内公告的单位空/频资源价格进行决策；每个管理者根据当前的空/频资源供需块结果调节价格因子，若某一轮中，所有管理者的空/频资源块价格都没有变化时，输出空/频资源分配结果。本申请所述技术方案能够在大规模战场环境中，对有限的空/频资源进行合理地规划，以提高频谱利用率；同时，避免在武器装备作战使用过程中，特别是战区联合作战情况下存在大量的空/频资源冲突问题。

Description

一种基于拍卖机制的战场无线频谱资源分配方法和系统
技术领域
本申请涉及通信控制领域，特别涉及一种基于拍卖机制的战场无线频谱资源分配方法和系统。
背景技术
随着无线设备的不断增加和无线业务的不断发展，频谱稀缺性也逐渐成为制约无线网络发展的瓶颈。在大规模战场环境中，如何对有限的空/频资源进行合理地规划以提高频谱利用率是提高作战指挥能力的重要手段。我国目前针对武器装备研制的空/频资源规划无法有效解决在武器装备作战使用，特别是战区联合作战情况下的空/频资源冲突问题。例如在多兵种混编作战情况下，由于空/频资源的有限性，没有进行统一的频率规划和管理，存在着严重互相干扰，甚至无法开通无线通信的情况。同时，由于作战数据的数据量大小、重要程度、传输实时性要求不同，在进行空/频资源分配时需要充分考虑不同用户及业务在传输服务质量(QoS)的需求。
发明内容
为解决上述问题之一，本申请提供了一种基于拍卖机制的战场无线频谱资源分配方法和系统。
根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种基于拍卖机制的战场无线频谱资源分配方法，该方法的步骤包括：
将战场内授权的空/频资源按不同无线通信设备频点分为若干频段；
战场中的管理者和用户利用由管理者成本函数和用户价值函数构建的管理者收益公式和用户收益公式，根据网络内公告的单位空/频资源价格进行决策；
每个管理者根据当前的空/频资源块供需结果调节价格因子，若某一轮中，所有管理者的空/频资源块价格都没有变化时，输出空/频资源分配结果。
根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种基于拍卖机制的战场无线频谱资源分配系统，该系统包括：
划分单元，将战场内授权的空/频资源按不同无线通信设备频点分为若干频段；
决策单元，战场中的管理者和用户利用由管理者成本函数和用户价值函数构建的管理者收益公式和用户收益公式，根据网络内公告的单位空/频资源价格进行决策；
分配单元，每个管理者根据当前的空/频资源块供需结果调节价格因子，若某一轮中，所有管理者的空/频资源块价格都没有变化时，输出空/频资源分配结果。
本申请所述技术方案能够在大规模战场环境中，对有限的空/频资源进行合理地规划，以提高频谱利用率；同时，避免在武器装备作战使用过程中，特别是战区联合作战情况下存在大量的空/频资源冲突问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出本方案所述战场无线频谱资源分配方法的示意图。
具体实施方式
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本方案的核心思路是在考虑作战数据的数据量大小、重要程度、传输实时性要求不同，以及不同用户及业务在传输服务质量(QoS)的需求的情况下，构建用户和管理者的收益计算公式，基于拍卖机制，对战场资源进行调度。
本方案公开了一种基于拍卖机制的空/频资源分配方法，该方法有效解决了在武器装备作战使用过程中，特别是战区联合作战情况下存在大量的空/频资源冲突问题；同时，能够提高频谱利用率。如图1所示，该方法的具体步骤包括：
第一步初始化。
将战场中需要进行无线数据传输业务的终端称为用户，第i个用户用Ui表示。将用户需要接入的通信节点称为管理者，第j个管理者用Mj表示。用户可以根据当前信道情况选择从多个管理者中选择一个接入。
第二步设计用户价值函数及管理者成本函数。
对于任意一个用户，通过交易获得的带宽能够帮助其完成数据传输，因此获得的带宽对其具有一定的价值。为满足用户对不同业务的QoS需求，将用户i的无线数据传输业务按传输速率、实时性、重要性等需求分为N类，用n＝1,…,N表示。n越大表示该业务重要等级越高。用/>表示/>从Mj获得的空/频资源块数量，用θn表示第n类业务所需的最小空/频资源块数量，/>的价值函数表示为：
其中αN＞...＞αn＞...＞α1＞β为常数。当时，在任意一点上均有即优先满足重要等级高业务的QoS需求。当高重要等级业务的QoS需求满足后，其资源块对应的价值函数降低，即此时优先考虑其他QoS未满足需求的业务。
对于任意一个管理者Mj，向用户提供空/频资源具有一定的成本。用表示Mj提供的空/频资源块数量，则Mj的成本函数表示为
其中γ为常数。
第三步进行战场授权空/频资源分配。
首先，将战场内授权的空/频资源按不同无线通信设备频点分为若干频段。在每个频段内对可以在该频段内进行通信的用户进行空/频资源分配。
其次，管理者、用户根据网络内公告的单位空/频资源价格进行决策。管理者根据当前的价格计算能够最大化收益的空/频资源供给量，用户则找到能够最大化自己收益的管理者及空/频资源需求量。用gj表示管理者Mj本轮资源块的价格，则：
管理者Mj在本轮的收益计算公式为
用户Ui对第n级业务在本轮接入Mj的收益计算公式为
然后，每个管理者根据当前的空/频资源块供需结果调节价格因子。
当空/频资源供不应求时，则将价格gj提升其中α为一个正常数，用于调节算法的收敛速度。
最后，当某一轮中，所有管理者的空/频资源块价格都没有变化时，系统达到供需平衡，算法结束，输出空/频资源分配结果。
本方案进一步公开了一种基于拍卖机制的战场无线频谱资源分配系统，该系统包括：划分单元，将战场内授权的空/频资源按不同无线通信设备频点分为若干频段；决策单元，战场中的管理者和用户利用由管理者成本函数和用户价值函数构建的管理者收益公式和用户收益公式，根据网络内公告的单位空/频资源价格进行决策；分配单元，每个管理者根据当前的空/频资源块供需结果调节价格因子，若某一轮中，所有管理者的空/频资源块价格都没有变化时，输出空/频资源分配结果。
本方案中，所述战场无线频谱资源分配方法也可以通过电子设备实现其分配功能，所述电子设备包括：存储器，一个或多个处理器；存储器与处理器通过通信总线相连；处理器被配置为执行存储器中的指令；所述存储介质中存储有用于执行如上所述方法中各个步骤的指令。
本方案中，所述战场无线频谱资源分配方法也可以记载于计算机可读存储介质中，通过计算机可读存储介质上存储有计算机程序实现分配功能，该程序被处理器执行时实现如上所述方法的步骤。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本发明的权利要求范围之内。

Claims (7)

1.一种基于拍卖机制的战场无线频谱资源分配方法，其特征在于，该方法的步骤包括：
将战场内授权的空/频资源按不同无线通信设备频点分为若干频段；
战场中的管理者和用户利用由管理者成本函数和用户价值函数构建的管理者收益公式和用户收益公式，根据网络内公告的单位空/频资源价格进行决策；
每个管理者根据当前的空/频资源供需块结果调节价格因子，若某一轮中，所有管理者的空/频资源块价格都没有变化时，输出空/频资源分配结果；
所述管理者成本函数包括：
其中，γ为常数，Mj表示第j个管理者，表示Mj提供的空/频资源块数量；
所述用户的价值函数为：
其中αN＞...＞αn＞...＞α1＞β为常数；当时，在任意一点上均有即优先满足重要等级高业务的QoS需求；当高重要等级业务的QoS需求满足后，其资源块对应的价值函数降低，即此时优先考虑其他QoS未满足需求的业务；/>表示/>从Mj获得的空/频资源块数；/>n＝1,…,N表示将用户i的无线数据传输业务按传输速率、实时性和重要性需求分为N类；θn表示第n类业务所需的最小空/频资源块数量。
2.根据权利要求1所述的战场无线频谱资源分配方法，其特征在于，所述战场中的用户为战场中需要进行无线数据传输业务的终端；所述战场中的管理者为用户需要接入的通信节点。
3.根据权利要求1所述的战场无线频谱资源分配方法，其特征在于，
所述管理者的收益公式为：
所述用户的收益公式为：
其中gj表示管理者Mj本轮资源块的价格。
4.根据权利要求1所述的战场无线频谱资源分配方法，其特征在于，所述每个管理者根据当前的空/频资源供需块结果调节价格因子的步骤包括：
当空/频资源供不应求时，则将价格gj提升其中，α为一个正常数，用于调节算法的收敛速度。
5.一种基于拍卖机制的战场无线频谱资源分配系统，其特征在于，该系统包括：
划分单元，将战场内授权的空/频资源按不同无线通信设备频点分为若干频段；
决策单元，战场中的管理者和用户利用由管理者成本函数和用户价值函数构建的管理者收益公式和用户收益公式，根据网络内公告的单位空/频资源价格进行决策；
分配单元，每个管理者根据当前的空/频资源供需块结果调节价格因子，若某一轮中，所有管理者的空/频资源块价格都没有变化时，输出空/频资源分配结果；
所述战场中的用户为战场中需要进行无线数据传输业务的终端；所述战场中的管理者为用户需要接入的通信节点；
所述管理者成本函数包括：
其中，γ为常数，Mj表示第j个管理者，表示Mj提供的空/频资源块数量；
所述用户的价值函数为：
其中，αN＞...＞αn＞...＞α1＞β为常数；当时，在任意一点上均有即优先满足重要等级高业务的QoS需求；/>表示/>从Mj获得的空/频资源块数；/>n＝1,…,N表示将用户i的无线数据传输业务按传输速率、实时性和重要性需求分为N类；θn表示第n类业务所需的最小空/频资源块数量。
6.根据权利要求5所述的战场无线频谱资源分配系统，其特征在于，所述决策单元包括：
第一收益计算模块，根据收益计算公式计算管理者Mj在本轮的收益，其中gj表示管理者Mj本轮资源块的价格，cj(·)为管理者Mj的成本函数；
第二收益计算模块，根据收益计算公式计算用户第n级业务在本轮接入管理者Mj的收益。
7.根据权利要求5所述的战场无线频谱资源分配系统，其特征在于，所述每个管理者根据当前的空/频资源供需块结果调节价格因子的步骤包括：
当空/频资源供不应求时，则将价格提升其中，α为一个正常数，用于调节算法的收敛速度。
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