CN110809307A - 基于联盟交换的5g访问接入点选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于联盟交换的5G访问接入点选择方法，其包括以下步骤：步骤一：将用户设定为联盟的参与者，接入同一个AP的用户形成一个联盟；步骤二：计算联盟的效用；步骤三：按照联盟博弈理论形成联盟，在联盟形成博弈中，用户调试其策略来增加联盟的效用，将AP选择问题转换为使用不可转移效用的合作集问题，接下来，进行联盟交换，当两个用户交换使得整体的吞吐量增加时，交换后的联盟效用优于之前的联盟，即可交换用户接入的联盟，即交换访问接入点。本发明采用基于联盟交换算法的AP选择方法，实现LTE‑U和Wi‑Fi共存时的网络吞吐量的最优化。

Description

基于联盟交换的5G访问接入点选择方法

技术领域

本发明属于5G通信技术领域，涉及一种基于联盟交换的5G访问接入点选择方法。

背景技术

国家对5G技术的大力推进，LTE-U作为5G的关键技术，需要与现有的Wi-Fi技术有效共存。联盟形成博弈算法应用于无线网络，可以提高网络性能。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是：提供一种基于联盟交换的5G访问接入点选择方法，将联盟交换算法应用于5G网络中，解决LTE-U与Wi-Fi的共存问题，使用者可以根据自身的应用需要选择接入的网络接入点。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种一种基于联盟交换的5G访问接入点选择方法，其包括以下步骤：

步骤一：将用户设定为联盟的参与者，接入同一个AP的用户形成一个联盟；

步骤二：计算联盟的效用；

步骤三：按照联盟博弈理论形成联盟，在联盟形成博弈中，用户调试其策略来增加联盟的效用，将AP选择问题转换为使用不可转移效用的合作集问题，接下来，进行联盟交换，当两个用户交换使得整体的吞吐量增加时，交换后的联盟效用优于之前的联盟，即可交换用户接入的联盟，即交换访问接入点。

其中，所述步骤一中，AP为WR或SBS。

其中，所述步骤一中，用Λ_k表示接入同一个AP的用户集合，k＝0,1,...K；其中k＝0时，用Λ₀表示接入SBS的用户，k＝1,...K时，用Λ_k表示接入WR_k的用户。

其中，所述步骤二中，联盟效用使用吞吐量来表示，当用户U_i，U_i∈Π的吞吐量大于吞吐量阈值β时，U_i的联盟效用是β，也就是：

其中，Π＝{Λ₀,Λ₁,...Λ_K}表示用户的分割，其中K是WR_s的数量；s_i是U_i的吞吐量，β反映了单个用户获得的吞吐量的最大可接受值；如果用户U_i的吞吐量小于吞吐量阈值β时，联盟的效用用其本身的吞吐量来表示：

综上，联盟效用v_i(Λ_k,Π)表示为：

其中，所述步骤三中，联盟形成博弈表示如下：

参与者：联盟内的每个用户U_i；

策略：用户U_i接入到SBS或者与其最近的WR；

联盟效用：v_i(Λ_k,Π)

k＝0,1,2,...,K,s_i＜β。

其中，所述步骤三中，联盟交换的过程为：对于所有的用户集合Ω，采用分割方式：Π＝{Λ₀,Λ₁,...,Λ_k,...,Λ_K}，联盟交换如下定义：两个用户U_i,i∈Λ₀和U_j,j∈Λ_q，q≠0，其初始化联盟效用分别为s_i0和s_j0，当U_i和U_j交换所在的联盟时，形成一个新的分割Π'＝{Π\{Λ₀,Λ_q}}∪{Λ₀\{i}∪{j},Λ_q\{j}∪{i}}，并且满足以下限制条件：

公式(4)中第一个式子表示，用户U_i在Λ₀联盟中，通过联盟交换，增加吞吐量；第二个式子表示U_i在联盟Λ₀中的最大吞吐量是β；公式(5)中第一个式子表示联盟Λ_q中的其他用户增加其吞吐量或者吞吐量不变，且联盟中用户的最大的吞吐量是β；

如果用户U_i和用户U_j交换后增加整体的吞吐量，使得交换后的联盟效用优于之前的联盟，也就是

则，吞吐量增大时，交换用户接入的联盟，即交换访问接入点。

(三)有益效果

上述技术方案所提供的基于联盟交换的5G访问接入点选择方法，涉及5G网络中LTE-U和Wi-Fi共存时的访问接入点选择策略问题，提出一种基于联盟交换算法的AP选择方法，实现LTE-U和Wi-Fi共存时的网络吞吐量的最优化。

附图说明

图1为本发明实施例中所涉及的联盟示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

本发明设计了一种场景，LTE-U网络和多个Wi-Fi网络共存，基于这种场景下，来研究用户是如何选择这种场景下的接入点。本发明使用联盟方法来增加网络的吞吐量。用户通过改变接入点(AP)来实现整个网络的吞吐量的最大化。单个用户的AP选择会从以下两个方面影响网络内其他用户的吞吐量。首先，如果用户接入SBS，那么它会专有的占用时隙来接收它自己的通信，这样影响了所有接入WRs的用户的通信。相反，如果一个用户接入一个WR，它会与其他接入此WR的用户竞争信道。因此，在AP接入点选择上所有的用户都需要平等的考虑。使用联盟算法，可以使得用户能够兼顾自身和整个网络的利益。

本发明基于联盟博弈算法来解决AP选择的问题，具体包括以下步骤：

步骤一：将用户设定为联盟的参与者，接入同一个AP(WR或SBS)的用户形成一个联盟。

用Λ_k表示接入同一个AP的用户集合，k＝0,1,...K，其中k＝0时，用Λ₀表示接入SBS的用户，k＝1,...K时，用Λ_k表示接入WR_k的用户。则用户的的分割可以表示为：

Π＝{Λ₀,Λ₁,...Λ_K},其中K是WR_s的数量。

步骤二：计算联盟的效用

联盟效用使用吞吐量来表示,当用户U_i,U_i∈Π的吞吐量大于吞吐量阈值β时，U_i的联盟效用是β，也就是

其中s_i是U_i的吞吐量。β反映了单个用户获得的吞吐量的最大可接受值，β需要满足大部分用户的正常业务需求，但是不需要满足少数用户对额外业务的需求。除此之外，如果用户U_i的吞吐量小于吞吐量阈值β时，联盟的效用用其本身的吞吐量来表示：

综上，v_i(Λ_k,Π)可以表示为：

步骤三：按照联盟博弈理论形成联盟

在联盟形成博弈中，用户U_i需要调试其策略来增加联盟的效用，出于个人和对联盟的保护动机。因此，联盟形成博弈可以表示如下：

参与者：联盟内的每个用户U_i。

策略：用户U_i接入到SBS或者与其最近的WR.

联盟效用：v_i(Λ_k,Π)

k＝0,1,2,...,K,s_i＜β

基于以上定义，AP选择问题可以转换为使用不可转移效用的合作集问题。

本发明使用联盟交换来研究联盟与用户之间的关系。

对于所有的用户集合Ω来讲，考虑一种分割方式Π＝{Λ₀,Λ₁,...,Λ_k,...,Λ_K}，联盟交换可以如下定义：两个用户U_i,i∈Λ₀和U_j,j∈Λ_q，q≠0，其初始化联盟效用分别为s_i0和s_j0，当U_i和U_j交换他们两个所在的联盟，这时形成一个新的分割Π'＝{Π\{Λ₀,Λ_q}}∪{Λ₀\{i}∪{j},Λ_q\{j}∪{i}}，并且满足以下限制条件：

公式(4)中第一个式子表示，用户U_i在Λ₀联盟中，通过联盟交换，增加了吞吐量。第二个式子表示U_i在联盟Λ₀中的最大吞吐量是β。公式(5)中，第一个式子表示联盟Λ_q中的其他用户增加其吞吐量或者吞吐量不变，且联盟中用户的最大的吞吐量是β。

如果用户U_i和用户U_j交换可以增加整体的吞吐量，使得交换后的联盟效用优于之前的联盟，也就是

结论：吞吐量增大时，即可交换用户接入的联盟，即交换访问接入点。

如图1所示，在原有的联盟中，U₃接入SBS属于Λ₀联盟，U₄接入WR2属于联盟。当U₃和U₄交换联盟时，U₁,U₂,U₅,U₆无变化，因为U₃和U₄的交换没有改变其他用户接入信道的概率。当U₃接入WR2时，它获得更高的通信速率，也就是获得了更高的吞吐量。同时，U₄接入SBS吞吐量减小到

如果不满足联盟交换的条件。反之，如果

因为用户收益的阈值是β，所以联盟交换可行。

基于联盟交换，用户可以基于以下步骤来实现AP接入。

在每个步骤中，仅一个用户可以实现联盟转移，或者两个用户实现联盟交换。每个步骤都是由两个阶段组成的，第一个阶段是联盟收益的计算，第二个阶段是联盟交换。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于联盟交换的5G访问接入点选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将用户设定为联盟的参与者，接入同一个AP的用户形成一个联盟；

步骤二：计算联盟的效用；

步骤三：按照联盟博弈理论形成联盟，在联盟形成博弈中，用户调试其策略来增加联盟的效用，将AP选择问题转换为使用不可转移效用的合作集问题，接下来，进行联盟交换，当两个用户交换使得整体的吞吐量增加时，交换后的联盟效用优于之前的联盟，即可交换用户接入的联盟，即交换访问接入点。

2.如权利要求1所述的基于联盟交换的5G访问接入点选择方法，其特征在于，所述步骤一中，AP为WR或SBS。

3.如权利要求2所述的基于联盟交换的5G访问接入点选择方法，其特征在于，所述步骤一中，用Λ_k表示接入同一个AP的用户集合，k＝0,1,...K；其中k＝0时，用Λ₀表示接入SBS的用户，k＝1,...K时，用Λ_k表示接入WR_k的用户。

4.如权利要求3所述的基于联盟交换的5G访问接入点选择方法，其特征在于，所述步骤二中，联盟效用使用吞吐量来表示，当用户U_i，U_i∈Π的吞吐量大于吞吐量阈值β时，U_i的联盟效用是β，也就是：

其中，Π＝{Λ₀,Λ₁,...Λ_K}表示用户的分割，其中K是WR_s的数量；s_i是U_i的吞吐量，β反映了单个用户获得的吞吐量的最大可接受值；如果用户U_i的吞吐量小于吞吐量阈值β时，联盟的效用用其本身的吞吐量来表示：

综上，联盟效用v_i(Λ_k,Π)表示为：

5.如权利要求4所述的基于联盟交换的5G访问接入点选择方法，其特征在于，所述步骤三中，联盟形成博弈表示如下：

参与者：联盟内的每个用户U_i；

策略：用户U_i接入到SBS或者与其最近的WR；

联盟效用：

6.如权利要求5所述的基于联盟交换的5G访问接入点选择方法，其特征在于，所述步骤三中，联盟交换的过程为：对于所有的用户集合Ω，采用分割方式：Π＝{Λ₀,Λ₁,...,Λ_k,...,Λ_K}，联盟交换如下定义：两个用户U_i,i∈Λ₀和U_j,j∈Λ_q，q≠0，其初始化联盟效用分别为s_i0和s_j0，当U_i和U_j交换所在的联盟时，形成一个新的分割Π'＝{Π\{Λ₀,Λ_q}}∪{Λ₀\{i}∪{j},Λ_q\{j}∪{i}}，并且满足以下限制条件：

公式(4)中第一个式子表示，用户U_i在Λ₀联盟中，通过联盟交换，增加吞吐量；第二个式子表示U_i在联盟Λ₀中的最大吞吐量是β；公式(5)中第一个式子表示联盟Λ_q中的其他用户增加其吞吐量或者吞吐量不变，且联盟中用户的最大的吞吐量是β；

如果用户U_i和用户U_j交换后增加整体的吞吐量，使得交换后的联盟效用优于之前的联盟，也就是

则，吞吐量增大时，交换用户接入的联盟，即交换访问接入点。

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