CN111612599A - 智能云辅助双边拍卖频谱分配方法 - Google Patents

智能云辅助双边拍卖频谱分配方法 Download PDF

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CN111612599A CN202010314075.2A CN202010314075A CN111612599A CN 111612599 A CN111612599 A CN 111612599A CN 202010314075 A CN202010314075 A CN 202010314075A CN 111612599 A CN111612599 A CN 111612599A
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Abstract

本发明的智能云辅助双边拍卖频谱分配方法，包括建立双边拍卖模型、建立频谱分配机制、建立智能云辅助双拍卖算法等步骤；本发明针对时变异构频谱需求，拍卖商共同考虑了频谱分配和定价过程中买卖双方渠道需求状态的时变变化。此外，还考虑了频谱的异构需求。在重叠联盟形成的过程中，我们重新设计了获胜买方群体的选择规则，使拍卖更加真实。本发明可以保证真实性、事后个人理性、预算平衡，并且在经济效率上由于是多个买方可共用一个信道，且买卖双方的出价是动态调整的，所以可以尽可能实现频谱出售的有效性和买卖双方的效益提升。

Description

智能云辅助双边拍卖频谱分配方法
技术领域
本发明属于分配机制技术领域，具体涉及智能云辅助双边拍卖频谱分配方法。
背景技术
伴随未来智能终端节点数量的大幅增长，移动数据流量也将伴随超过1000倍的增长，从而导致频谱需求的激增。然而，静态长期的频谱分配政策制约了频谱效率的提高，人为地造成频谱短缺。如何实现频谱的高效分配和利用是下一代无线网络需要解决的棘手问题。动态频谱接入可以有效地提高频谱利用率。频谱拍卖逐渐引起了学术界的广泛关注。频谱所有者将空闲频谱租给无干扰的二次用户，是提高频谱利用率的有效途径。从经济层面上讲，频谱拥有者通过频谱交易市场向有频谱需求的次级用频者获得报酬，可以鼓励持牌和未持牌用户进行空闲频谱交易。
不同于传统的物品拍卖，如书画、文物等，频谱资源可以在空域实现复用即没有干扰图中没有冲突关系的竞标者可以同时接入同一个信道进行通信而不会产生相互干扰。此外，频谱拍卖机制设计中还需要考虑无线环境中复杂的干扰约束。静态的长期和区域频谱分配政策制约了频谱效率的提高，人为地造成频谱短缺。移动设备的数量已经超过了世界总人口。因此，频谱的需求正在迅速增长。频谱所有者将空闲频谱租给无干扰的二次用户，是提高频谱利用率的有效途径。从经济层面上讲，频谱拥有者通过频谱交易市场向次级用频方获得报酬，这可以鼓励持牌和未持牌用户进行空闲频谱交易。拍卖是无线通信中广泛使用的一种频谱分配机制。频谱拍卖有望为频谱买卖双方带来更好的收益。
发明内容
有鉴于此，为解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供了智能云辅助双边拍卖频谱分配方法，针对时变异构频谱需求，拍卖商共同考虑了频谱分配和定价过程中买卖双方渠道需求状态的时变变化。此外，还考虑了频谱的异构需求。在重叠联盟形成的过程中，我们重新设计了获胜买方群体的选择规则，使拍卖更加真实。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
智能云辅助双边拍卖频谱分配方法，包括以下步骤：
S1：建立单轮多单元双边拍卖模型；其中，双边多频谱拍卖中定义的四个经济属性为：真实性，事后个人理性，事后预算平衡，经济效率；
S2：根据多通道频谱拍卖设计和多主体系统(MAS)，建立用于异构频谱共享的智能云辅助双边拍卖频谱分配机制；
S21：拍卖前的准备阶段；
S22：拍卖机制设计阶段：包括两个阶段：把seller和buyer匹配分类；分类后，独立运行各类频谱的拍卖；
S23：建立智能云辅助双拍卖算法；
S231：初始化：为每个卖方代理si和买方代理bj设置初始价格；根据买卖双方频谱供需特点安排不同类型频谱的拍卖，给出买卖双方的信道供求数量；各类型频谱分别实施下面拍卖算法，设置拍卖完成时间TBi：While 0≤t≤TBi；
S232：更新双方的频谱资源供需信息：在拍卖期间实时更新每个卖方代理si和买方代理bj买卖双方的报价和信道需求数，更新卖方代理si和买方代理bj集；
S233：云拍买代理处理上报信息，云代理做判决，并决定最终成交价格；云拍卖代理将卖方代理叫价按降序排序，买方代理出价按升序排序：
Figure BDA0002458817810000031
Figure BDA0002458817810000032
如果存在
Figure BDA0002458817810000033
则满足信道售出条件，分配所拍出信道的买家组成；
S234：迭代：t＝t-1；重新进行第一步；
S235：拍卖结束条件：直到t＝0，或卖方代理所有信道全部拍出
Figure BDA0002458817810000034
或买方全部满意|B|＝0，整个拍卖过程结束；
S24：支付阶段：当前时刻t时，信道c的成交价格为：
Figure BDA0002458817810000035
因此，t时刻获胜买方代理在信道c的支付为：
Figure BDA0002458817810000036
进一步的，步骤S1具体包括以下步骤：
S11：单轮多单元双边拍卖模型由N个买方代理商和M卖方代理商组成，在拍卖中，中标人和付款方式由第三方云代理拍卖决定；假设所有出价均为私人出价，密封和无勾结；
S12：假设每个买方代理可以请求多个信道，并且每个卖方代理在单轮双边拍卖中贡献至少一个渠道，则卖方代理si的效用收益是：
Figure BDA0002458817810000041
其中，
Figure BDA0002458817810000042
是卖方代理si的交易信道数，卖方代理si的信道付款为
Figure BDA0002458817810000043
Wi＝{wi,1,wi,2,..,wi,c,..,wi,K}表示信道c对于买方j的信道价值，Av＝(Av1,Av2,...,Avi,...,AvM)所为所有卖家信道的竞拍底价，拍出的信道数X为中间代理给seller的收款-成本；
S13：买方代理bj的效用收益是：
Figure BDA0002458817810000044
其中，
Figure BDA0002458817810000045
是买方代理bj的交易信道数，买方代理bj的估值向量是
Figure BDA0002458817810000046
卖方代理si的信道付款为
Figure BDA0002458817810000047
和买方代理bj的应付价格为
Figure BDA0002458817810000048
拍得信道数X为真实估价-付款。
进一步的，步骤S1中，双边多频谱拍卖中定义的四个经济属性分别为：
A1：真实性：若买卖双方都不能够通过不真实的投标获得更高的效用收益，那么双重拍卖是真实的；
A2：事后个人理性：若所有买卖双方都将获得非负效用，则双重拍卖是事后个人理性，则没有任何获胜的卖方支付的价格低于其要价，没有获胜的买方支付的价格高于其出价：
Figure BDA0002458817810000051
A3：事后预算平衡：若拍卖师的利润是非负的，那么重复拍卖就是事后预算平衡，则卖方的总收入少于买方的付款：
Figure BDA0002458817810000052
A4：经济效率：若拍卖师可以完整地通过利用所有用户的信息来最大限度地提高整体效用，那么双重拍卖在经济上是有效的，经济效率包括频谱成交率和社会效用
Figure BDA0002458817810000053
其中
Figure BDA0002458817810000054
是卖方的效益，而
Figure BDA0002458817810000055
是买方的效益。
进一步的，步骤S21包括以下步骤：
S211：频率异质性频：频谱异构性被定义为不同的频率具有不同的传输范围；总路径损耗定义为：
L＝10logf2+γlogd+Pf(n)-28 (5)
其中，L是以分贝(dB)为单位的总路径损耗，f是以兆赫兹(MHz)为单位的传输频率，d是以米(m)为单位的距离，γ是距离功率损耗系数，Pf(n)是地板损耗穿透因子；
S212：买卖双方说明：空闲频谱拥有者作为卖方，需上报信息包括：频段范围、允许所使用的区域、真实信道价格；频谱需求者作为买方，需上报信息包括：买方地理位置信息、发射功率、所需带宽、使用频段、真实信道价值；
S213：多智能体系统：包括三方：买方智能代理、卖方智能代理和作为中间拍卖师的云拍卖代理；以及智能体的决策过程。
进一步的，步骤S22包括以下步骤：
S221：卖方代理竞价策略：对于特定信道c，出价回合时间为TBc，出价时间从TBc减少为零，类似于降价拍卖：
Figure BDA0002458817810000061
Figure BDA0002458817810000069
需求缺口越大，剩余时间越多，因子越大；
定义Qt是奖励函数，等于满足用户QoE要求的信道数，定义QoE函数表达为：
Figure BDA0002458817810000063
S222：买方代理竞标策略：买方代理商bj的目标是在出价时段TBc中向云拍卖商-代理商提交信道的最低出价，以实现利润最大化；竞标时间t从TBc减少到零：
Figure BDA0002458817810000064
Figure BDA0002458817810000065
Figure BDA0002458817810000066
其中，
Figure BDA0002458817810000067
是买方代理bj在出价时间TBc内信道c的临时出价bidprice(BP)；
S223：云拍卖代理作为中间人，对买卖双方的报价及需求做判断和执行；若
Figure BDA0002458817810000068
则最低卖方代理要价小于或等于最高买方代理联盟的出价，则通道c交易达成，成交价格
Figure BDA0002458817810000071
为达成交易时卖方要价与买方出价和的一半：
Figure BDA0002458817810000072
进一步的，步骤S233中，还包括以下步骤：
A1：记拍出信道数为κt，获拍信道buyer集合YBt,|YBt|＝ε≥1，其需求信道数分别为
Figure BDA0002458817810000073
报价分别为
Figure BDA0002458817810000074
A2：把申请预成功的买方代理作为一个联盟
Figure BDA0002458817810000075
云代理产生联盟
Figure BDA0002458817810000076
潜在冲突图，找到
Figure BDA0002458817810000077
集中包含buyer个数最多的最大独立集gj，完成一轮分配，相应的信道c的拍卖价格就为
Figure BDA0002458817810000078
|gj|为获胜联盟Πj的成员个数；
A3：更新拍出信道数κt＝κt-1，相应独立集中的买方Ψ＝Ψ-1；当Ψ＝0时，代表此买方满意，不在参与下一轮竞拍，更新买方代理集合B且|B|＝|B|-1。直到κt＝0or|YBt|＝0，结束此轮拍卖。
本发明的有益效果是：
本发明的智能云辅助双边拍卖频谱分配方法，针对时变异构频谱需求，拍卖商共同考虑了频谱分配和定价过程中买卖双方渠道需求状态的时变变化。此外，还考虑了频谱的异构需求。在重叠联盟形成的过程中，我们重新设计了获胜买方群体的选择规则，使拍卖更加真实。本发明可以保证真实性、事后个人理性、预算平衡，并且在经济效率上由于是多个买方可共用一个信道，且买卖双方的出价是动态调整的，所以可以尽可能实现频谱出售的有效性和买卖双方的效益提升；
本发明中，创新点具体表现有：
1、提出了一种新的智能云辅助双边拍卖频谱分配方法。其中考虑了信道需求状态在卖方和买方群体中的时变变化和频谱异构需求；
2、在动态频谱分配中，智能云辅助双边拍卖频谱分配方法在真实性、事后个人理性、费用预算平衡和经济效率等方面满足经济特性。可以证明所提拍卖是纯粹的纳什均衡、事后的个人理性、事后的预算平衡、真实和高经济效率；
本发明智能云辅助双边拍卖频谱分配方法的收敛性、高效性和有效性，为频谱分配提供了新的思路。
具体实施方式
下面给出具体实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整、详细地说明。本实施例是以本发明技术方案为前提的最佳实施例，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明中，卖家的频谱被分为不同类型，买方根据自身需求分别进入各类型频谱分别进行竞拍；整个竞拍过程都由智能云辅助代理进行，买卖双方只需提供预售频谱、频谱需求和相应底价等信息即可；每一个拍卖周期包含多个时隙。在一个周期t时间中，完成一轮的拍卖。
智能云辅助双边拍卖频谱分配方法，包括以下步骤：
S1：建立单轮多单元双边拍卖模型；其中，双边多频谱拍卖中定义的四个经济属性为：真实性，事后个人理性，事后预算平衡，经济效率；
S2：根据多通道频谱拍卖设计和多主体系统(MAS)，建立用于异构频谱共享的智能云辅助双边拍卖频谱分配机制；
S21：拍卖前的准备阶段；
S22：拍卖机制设计阶段：本发明中，设定卖方和买方的需求和信道状态是异构的，卖方由于是多主体，所拥有的频谱资源的频段(中心频率)和宽度不同。买方可以是不同类型的热点，具有不同的发射功率和需要覆盖的范围。所涉及算法都是在买卖双方上报完信息后，由云拍卖代理虚拟执行，并最后分配结果；
包括两个阶段：把seller和buyer匹配分类；本实施例中，我们把seller的空闲需要拍卖的频段首先分成多类，比如L、S、C和X波段，然后买方buyer根据自己的功率和需要覆盖的范围选定要接入的频段；
分类后，独立运行各类频谱的拍卖；本实施例中，假设每类中seller带宽相同，云代理把相同类seller所拥有的频段分成若干信道，进行拍卖。但由于不同seller的成本不同，所以真实价格有所区别。每类中每个seller拥有不同的信道数量，但价格统一。买方根据自身需求，存在不同数量的信道需求。在拍卖中，每个与卖方或买方使用相对应的认知代理都允许其他代理通过竞标方式共享频谱和其涉及的基础设施。云充当中间拍卖代理。卖方代理分享卖方所拥有的频谱能力。买方代理对频谱有需求，通过竞标与其他买方代理竞争。卖方代理和买方代理都具有学习能力。他们自私地了解应该如何出价以最大化其用户的预期效用。每个代理都不关心他们的决定将如何影响他人(非合作博弈)。买方代理商可以在进行频谱交易之前在一次拍卖中实时更新其出价，而忽略了与投标相关的间接费用。以此方式，最终用户利用代理商出价来获得他需要的频谱资源。同时，频谱利用率得到了改善；
进一步的，本发明中，频谱卖方由卖方代理代表，频谱买方由买方代理代表，在知道低价及真实价格后，通过实时竞拍获得频谱使用权。卖方代理人和买方代理人在每次招标中都将其投标提交给云拍卖代理；
在每个出价回合中，每个信道都设有一个最高接受价格MAXP。此外，还有一个最低接受价格(保留价格)MINP，等于信道的真实估值
Figure BDA0002458817810000101
最高价格MAXP由云端拍卖代理设定。对于卖方代理或买方代理，信道c的价格范围为[MINPc,MAXPc]。云拍卖代理将忽略任何低于MINPc的卖方要价。出于同样的原因，云拍卖代理也会忽略任何高于MAXPc的买方代理商的出价。信道c竞标还有一个时间范围TBc及必须在这个时间内完成拍卖交易，过时则视为交易失败；
S23：建立智能云辅助双拍卖算法；
S231：初始化：为每个卖方代理si和买方代理bj设置初始价格；根据买卖双方频谱供需特点安排不同类型频谱的拍卖，给出买卖双方的信道供求数量；各类型频谱分别实施下面拍卖算法，设置拍卖完成时间TBi：While 0≤t≤TBi；
S232：更新双方的频谱资源供需信息：在拍卖期间实时更新每个卖方代理si和买方代理bj买卖双方的报价和信道需求数，更新卖方代理si和买方代理bj集；
S233：云拍买代理处理上报信息，云代理做判决，并决定最终成交价格；在每个信道招标时间单元中，由卖方代理和买方代理分别确定叫价和出价，并将其发送到云拍卖代理；云拍卖代理将卖方代理叫价按降序排序，买方代理出价按升序排序：
Figure BDA0002458817810000111
Figure BDA0002458817810000112
如果存在
Figure BDA0002458817810000113
则满足信道售出条件，分配所拍出信道的买家组成；记拍出信道数为κt，获拍信道buyer集合YBt,|YBt|＝ε≥1，其需求信道数分别为
Figure BDA0002458817810000114
报价分别为
Figure BDA0002458817810000115
把申请预成功的买方代理作为一个联盟
Figure BDA0002458817810000116
云代理产生联盟
Figure BDA0002458817810000117
潜在冲突图，找到
Figure BDA0002458817810000118
集中包含buyer个数最多的最大独立集gj，完成一轮分配，相应的信道c的拍卖价格就为
Figure BDA0002458817810000119
|gj|为获胜联盟Πj的成员个数。更新拍出信道数κt＝κt-1，相应独立集中的买方Ψ＝Ψ-1；当Ψ＝0时，代表此买方满意，不在参与下一轮竞拍，更新买方代理集合B且|B|＝|B|-1。直到κt＝0 or|YBt|＝0，结束此轮拍卖；
S234：迭代：t＝t-1；重新进行第一步；算法由2层嵌套拍卖组成，外层循环与时间t有关，随时间t减少，卖方出价降低，买方出价升高。内层循环是单个时间t时存在买卖成交的二次分配，如果内层buyer在单t次分配中并未获得满意信道数，则继续参与下一t-1时刻的竞拍；
S235：拍卖结束条件：直到t＝0，或卖方代理所有信道全部拍出
Figure BDA0002458817810000121
或买方全部满意|B|＝0，整个拍卖过程结束；
S24：支付阶段：由于是双边拍卖，还要比较信道出售方的竞拍底价，由于每轮所有获胜的buyer出价都高于seller的信道报价，其联盟出价一定大于卖方的要价。应注意，获胜联盟Πj中并非所有成员都获得信道使用权，在联盟中出价最低的成员将被剔除，这是为了保证出价的真实性。在每个信道频段内，如果存在多个独立集，随机选取一个独立集胜出，其中除了独立集中报价最低的买方代理外，其他买方代理将获得频谱使用权；
当前时刻t时，信道c的成交价格为：
Figure BDA0002458817810000122
因此，t时刻获胜买方代理在信道c的支付为：
Figure BDA0002458817810000123
借助智能云协助，为每个卖方代理或买方代理找到最佳策略选择，通过时间t的减少，动态调整买卖双方出价，报价本身是由资源的抢手程度和满意度决定，从而尽可能促成频谱交易。找出买方代理的最大独立集实现频谱复用，提高频谱利用率。
进一步的，步骤S1具体包括以下步骤：
S11：单轮多单元双边拍卖模型由N个买方代理商和M卖方代理商组成，在拍卖中，中标人和付款方式由第三方云代理拍卖决定；假设所有出价均为私人出价，密封和无勾结；买方代理商和卖方代理商将其出价私下提交给云拍卖代理，相互之间不存在信息交换。所有竞标者对信道的估值不同，买方代理商的出价是针对特定信道的，没有串通；
S12：假设每个买方代理可以请求多个信道，并且每个卖方代理在单轮双边拍卖中贡献至少一个渠道；
其中，令S＝{s1,s2,s3,...,si,...,sM}表示卖方seller代理，卖方si其拥有的信道集合为
Figure BDA0002458817810000131
那么，在给定的区域和拍卖周期内，令
Figure BDA0002458817810000132
表示来自频谱卖方的当前所提供的最大可用的信道数量，其中ni表示频谱卖家i当前贡献的空闲信道数量。令Ui表示卖方si的出价。所有卖方的出价用U矩阵U＝(U1,U2,...,Ui,...,UM)表示，而U-i＝(U1,...,Ui-1,Ui+1,...,UM)表示竞争出价矩阵，不包括si的出价。Av＝(Av1,Av2,...,Avi,...,AvM)所有卖家信道的竞拍底价，暗示最低的可接受租卖的相应信道成本价格。相应的，B＝{b1,b2,b3,...,bj,...,bN}表示买方buyer代理，设Yj表示买方bj的出价。Y＝(Y1,Y2,Y3,...,Yj,...,YN)表示所有买家代理的出价矩阵，Y-j＝(Y1,...,Yj-1,Yj+1,...,YN)表示买方j的关联竞标矩阵，不包括bj的竞价。
Figure BDA0002458817810000133
是买方bj对所有可拍信道的出价向量，
Figure BDA0002458817810000134
代表其对单个卖方代理商si的信道出价。
Figure BDA0002458817810000135
是卖方si信道的真实价值。买方代理商bj对卖方代理商si信道的真实估值为
Figure BDA0002458817810000136
买方代理bj的估值向量是
Figure BDA0002458817810000137
在拍卖中，买家代理和卖方代理双方的出价必须等于或大于其真实估值。对于买方代理bj，当si提供的信道不能满足bj需求时，
Figure BDA0002458817810000138
否则
Figure BDA0002458817810000139
(根据所得QoS或服务的业务相关)。卖家代理si提供的可拍出信道数为di(其中di≥0)，而买方代理bj请求的信道数为rj(其中rj>1)。在每次拍卖，由拍卖师确定给卖方代理si的信道付款
Figure BDA0002458817810000141
和买方代理bj的应付价格
Figure BDA0002458817810000142
Figure BDA0002458817810000143
可以等于或不等于
Figure BDA0002458817810000144
对于分配结果，我们用Wi＝{wi,1,wi,2,..,wi,c,..,wi,K}表示。显然地，如果信道c对于买方j不可用，那wc,j＝0其相应的信道价值vc,j＝0；
则卖方代理si的效用收益是：
Figure BDA0002458817810000145
其中，
Figure BDA0002458817810000146
是卖方代理si的交易信道数，卖方代理si的信道付款为
Figure BDA0002458817810000147
Wi＝{wi,1,wi,2,..,wi,c,..,wi,K}表示信道c对于买方j的信道价值，Av＝(Av1,Av2,...,Avi,...,AvM)所为所有卖家信道的竞拍底价，拍出的信道数X为中间代理给seller的收款-成本；
S13：买方代理bj的效用收益是：
Figure BDA0002458817810000148
其中，
Figure BDA0002458817810000149
是买方代理bj的交易信道数，买方代理bj的估值向量是
Figure BDA00024588178100001410
卖方代理si的信道付款为
Figure BDA00024588178100001411
和买方代理bj的应付价格为
Figure BDA00024588178100001412
拍得信道数X为真实估价-付款。
进一步的，在该模型中，假设卖方代理和买方代理商都是提交的信道真实价格，和所需信道数；
进一步的，步骤S1中，双边多频谱拍卖中定义的四个经济属性分别为：
A1：真实性：若买卖双方都不能够通过不真实的投标获得更高的效用收益，那么双重拍卖是真实的；
A2：事后个人理性：若所有买卖双方都将获得非负效用，则双重拍卖是事后个人理性，则没有任何获胜的卖方支付的价格低于其要价，没有获胜的买方支付的价格高于其出价：
Figure BDA0002458817810000151
A3：事后预算平衡：若拍卖师的利润是非负的，那么重复拍卖就是事后预算平衡，则卖方的总收入少于买方的付款：
Figure BDA0002458817810000152
A4：经济效率：若拍卖师可以完整地通过利用所有用户的信息来最大限度地提高整体效用，那么双重拍卖在经济上是有效的，经济效率包括频谱成交率和社会效用
Figure BDA0002458817810000153
其中
Figure BDA0002458817810000154
是卖方的效益，而
Figure BDA0002458817810000155
是买方的效益。
进一步的，根据定理X.Zhou等作者在文章‘eBay in the sky:Strategy-proofwireless spectrum auctions’所述，没有任何一种机制可以同时实现任何双重拍卖的所有属性；但是，本发明可以保证真实性、事后个人理性、预算平衡，并且在经济效率上由于是多个买方可共用一个信道，且买卖双方的出价是动态调整的，所以可以尽可能实现频谱出售的有效性和买卖双方的效益提升。
进一步的，步骤S21包括以下步骤：
S211：频率异质性频：频谱异构性被定义为不同的频率具有不同的传输范围；总路径损耗定义为：
L＝10logf2+γlogd+Pf(n)-28 (5)
其中，L是以分贝(dB)为单位的总路径损耗，f是以兆赫兹(MHz)为单位的传输频率，d是以米(m)为单位的距离，γ是距离功率损耗系数，Pf(n)是地板损耗穿透因子；
本实施例中，在该模型中，每个频谱所有者seller都拥有广泛的频率范围。每个通道的带宽狭窄且中心频率不同。由于每个信道的路径损耗是不同的，所以购买者之间频率异质性引起的干扰关系也不同。如，2.4G频段的频率较低，较大数据传输带宽仅为150兆，但是波长较长，穿透性能要明显的优于5G频段；5G频段的频率更高，较大数据传输带宽仅为867兆，但是波长较端，穿透性能要明显的差于2.4G频段。2.4G频段共计14个信道，我国使用了其中的13个信道；
本发明规定若干类频谱类型，比如L、S、C和X波段，被归为同类频谱的信道带宽固定，从而卖方只需提供预售频段范围即可得到相应的可拍出信道数为di。买方只需提供需求的带宽，即可得到相应买方请求的信道数rj；
S212：买卖双方说明：空闲频谱拥有者作为卖方，需上报信息包括：频段范围、允许所使用的区域、真实信道价格(底价)；频谱需求者作为买方，需上报信息包括：买方地理位置信息、发射功率、所需带宽、使用频段、真实信道价值(最高可接受价格)；
S213：多智能体系统：包括三方：买方智能代理、卖方智能代理和作为中间拍卖师的云拍卖代理；以及智能体的决策过程。其中，在多智能体系统中，智能体的决策过程是将一个复杂的大型系统分解为几个较小的智能体系统，并且智能体相互协调并进行决策。与传统方法相比，将多主体系统应用于优化问题的效率可能更高。代理沟通和学习是本发明系统应用程序的重要功能。不同的主体具有不同的智力水平，这取决于他们对学习实体的角色和职责。因此，基于MAS的应用程序特别适用于在多个实体之间具有复杂关系的复杂大型系统，例如5G或多个无线电接入系统。
进一步的，步骤S22包括以下步骤：
S221：卖方代理竞价策略：卖方代理si旨在最大程度地提高利润，因此他总是向云拍卖代理提交尽可能的高要价，如果高价无法成交，则卖方代理会降价促使进一步交易；对于特定信道c，出价回合时间为TBc，出价时间从TBc减少为零，类似于降价拍卖：
Figure BDA0002458817810000171
Figure BDA0002458817810000172
需求缺口越大，剩余时间越多，因子越大；
其中卖方临时要价
Figure BDA0002458817810000173
是卖方代理商si在竞标时间t(在竞标时间范围TBc中)内信道c的要价。每个卖方代理策略都是基于信道的最低价值和最高出价的一个概率形式，与概率变量值
Figure BDA0002458817810000174
相关。
Figure BDA0002458817810000175
它表示在投标时间t和
Figure BDA0002458817810000176
时，信道c对于卖方代理si的预期利润的价值变化。Qt是奖励函数，等于满足QoE要求的信道数。卖价会根据获得的奖励和所剩时间实时更新，及与拍卖所剩时间成正比，与拍卖中所剩可能满足用户QoE要求Q函数的信道数成反比；
定义Qt是奖励函数，等于满足用户QoE要求的信道数，定义QoE函数表达为：
Figure BDA0002458817810000181
代表用户b的速率与用户体验水平的转换关系，表示QoE水平可以通过四个吞吐量阈值来确定。5分表示体验超级满意，4分表示可觉察但没有不满，3分轻微不满，1分极其恼怒，其中θb(R)表示买方b根据在当前信道策略成功时获得的吞吐量，λb、γb参数是否依赖于用户特定的最大和最小吞吐量需求，一般设定为体验评价为4分和1分时对应的速率值。请注意，这种QoE级映射特别适合于涉及用户主观评价的视频或音频应用程序；
S222：买方代理竞标策略：买方代理商bj的目标是在出价时段TBc中向云拍卖商-代理商提交信道的最低出价，以实现利润最大化；竞标时间t从TBc减少到零：
Figure BDA0002458817810000182
Figure BDA0002458817810000183
与满足QoE的信道数量有关、剩余时间有关；
Figure BDA0002458817810000184
其中，
Figure BDA0002458817810000185
是买方代理bj在出价时间TBc内信道c的临时出价bidprice(BP)；每个买家代理投标价格策略也是基于信道的最低价值和最高出价的一个概率形式，与概率变量值
Figure BDA0002458817810000186
相关。它提出了频谱通道c对于投标人在投标时间t和
Figure BDA0002458817810000191
的预期利润对买方代理bj的重要性。Qt是奖励函数，等于满足QoE要求的信道数。投标价格通过获得的奖励定期更新，注意与卖方出价策略正好相反，是价格升序报价；
S223：云拍卖代理作为中间人，对买卖双方的报价及需求做判断和执行；在每个信道招标时间单元中，由卖方代理和买方代理确定叫价和投标价格，并将其发送到云拍卖代理。云拍卖商代理将买入价按降序排序，买入价按升序排序；若
Figure BDA0002458817810000192
则最低卖方代理要价小于或等于最高买方代理联盟的出价，则通道c交易达成，成交价格
Figure BDA0002458817810000193
为达成交易时卖方要价与买方出价和的一半：
Figure BDA0002458817810000194
借助智能云计算的帮助，则能够找到具有最大效用的共享策略。
进一步的，步骤S233中，还包括以下步骤：
A1：记拍出信道数为κt，获拍信道buyer集合YBt,|YBt|＝ε≥1，其需求信道数分别为
Figure BDA0002458817810000195
报价分别为
Figure BDA0002458817810000196
A2：把申请预成功的买方代理作为一个联盟
Figure BDA0002458817810000197
云代理产生联盟
Figure BDA0002458817810000198
潜在冲突图，找到
Figure BDA0002458817810000199
集中包含buyer个数最多的最大独立集gj，完成一轮分配，相应的信道c的拍卖价格就为
Figure BDA00024588178100001910
|gj|为获胜联盟Πj的成员个数；
A3：更新拍出信道数κt＝κt-1，相应独立集中的买方Ψ＝Ψ-1；当Ψ＝0时，代表此买方满意，不在参与下一轮竞拍，更新买方代理集合B且|B|＝|B|-1。直到κt＝0 or|YBt|＝0，结束此轮拍卖。
综上所述，本发明的智能云辅助双边拍卖频谱分配方法，针对时变异构频谱需求，拍卖商共同考虑了频谱分配和定价过程中买卖双方渠道需求状态的时变变化。此外，还考虑了频谱的异构需求。在重叠联盟形成的过程中，我们重新设计了获胜买方群体的选择规则，使拍卖更加真实。本发明可以保证真实性、事后个人理性、预算平衡，并且在经济效率上由于是多个买方可共用一个信道，且买卖双方的出价是动态调整的，所以可以尽可能实现频谱出售的有效性和买卖双方的效益提升；
优化的，本发明中，创新点具体表现有：不仅提出了一种新的智能云辅助双边拍卖频谱分配方法。其中考虑了信道需求状态在卖方和买方群体中的时变变化和频谱异构需求；并且，在动态频谱分配中，智能云辅助双边拍卖频谱分配方法在真实性、事后个人理性、费用预算平衡和经济效率等方面满足经济特性。可以证明所提拍卖是纯粹的纳什均衡、事后的个人理性、事后的预算平衡、真实和高经济效率；本发明智能云辅助双边拍卖频谱分配方法的收敛性、高效性和有效性，为频谱分配提供了新的思路。
以上显示和描述了本发明的主要特征、基本原理以及本发明的优点。本行业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会根据实际情况有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.智能云辅助双边拍卖频谱分配方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：建立单轮多单元双边拍卖模型；其中，双边多频谱拍卖中定义的四个经济属性为：真实性，事后个人理性，事后预算平衡，经济效率；
S2：根据多通道频谱拍卖设计和多主体系统(MAS)，建立用于异构频谱共享的智能云辅助双边拍卖频谱分配机制；
S21：拍卖前的准备阶段；
S22：拍卖机制设计阶段：包括两个阶段：把seller和buyer匹配分类；分类后，独立运行各类频谱的拍卖；
S23：建立智能云辅助双拍卖算法；
S231：初始化：为每个卖方代理si和买方代理bj设置初始价格；根据买卖双方频谱供需特点安排不同类型频谱的拍卖，给出买卖双方的信道供求数量；各类型频谱分别实施下面拍卖算法，设置拍卖完成时间TBi：While 0≤t≤TBi；
S232：更新双方的频谱资源供需信息：在拍卖期间实时更新每个卖方代理si和买方代理bj买卖双方的报价和信道需求数，更新卖方代理si和买方代理bj集；
S233：云拍买代理处理上报信息，云代理做判决，并决定最终成交价格；云拍卖代理将卖方代理叫价按降序排序，买方代理出价按升序排序：
Figure FDA0002458817800000011
Figure FDA0002458817800000021
如果存在
Figure FDA0002458817800000022
则满足信道售出条件，分配所拍出信道的买家组成；
S234：迭代：t＝t-1；重新进行第一步；
S235：拍卖结束条件：直到t＝0，或卖方代理所有信道全部拍出
Figure FDA0002458817800000023
或买方全部满意|B|＝0，整个拍卖过程结束；
S24：支付阶段：当前时刻t时，信道c的成交价格为：
Figure FDA0002458817800000024
因此，t时刻获胜买方代理在信道c的支付为：
Figure FDA0002458817800000025
2.根据权利要求1所述的智能云辅助双边拍卖频谱分配方法，其特征在于：步骤S1具体包括以下步骤：
S11：单轮多单元双边拍卖模型由N个买方代理商和M卖方代理商组成，在拍卖中，中标人和付款方式由第三方云代理拍卖决定；假设所有出价均为私人出价，密封和无勾结；
S12：假设每个买方代理可以请求多个信道，并且每个卖方代理在单轮双边拍卖中贡献至少一个渠道，则卖方代理si的效用收益是：
Figure FDA0002458817800000026
其中，
Figure FDA0002458817800000027
是卖方代理si的交易信道数，卖方代理si的信道付款为Pi s，Wi＝{wi,1,wi,2,..,wi,c,..,wi,K}表示信道c对于买方j的信道价值，Av＝(Av1,Av2,...,Avi,...,AvM)所为所有卖家信道的竞拍底价，拍出的信道数X为中间代理给seller的收款-成本；
S13：买方代理bj的效用收益是：
Figure FDA0002458817800000031
其中，
Figure FDA0002458817800000032
是买方代理bj的交易信道数，买方代理bj的估值向量是
Figure FDA0002458817800000033
卖方代理si的信道付款为Pi s和买方代理bj的应付价格为
Figure FDA0002458817800000034
拍得信道数X为真实估价-付款。
3.根据权利要求1所述的智能云辅助双边拍卖频谱分配方法，其特征在于：步骤S1中，双边多频谱拍卖中定义的四个经济属性分别为：
A1：真实性：若买卖双方都不能够通过不真实的投标获得更高的效用收益，那么双重拍卖是真实的；
A2：事后个人理性：若所有买卖双方都将获得非负效用，则双重拍卖是事后个人理性，则没有任何获胜的卖方支付的价格低于其要价，没有获胜的买方支付的价格高于其出价：
Figure FDA0002458817800000035
A3：事后预算平衡：若拍卖师的利润是非负的，那么重复拍卖就是事后预算平衡，则卖方的总收入少于买方的付款：
Figure FDA0002458817800000036
A4：经济效率：若拍卖师可以完整地通过利用所有用户的信息来最大限度地提高整体效用，那么双重拍卖在经济上是有效的，经济效率包括频谱成交率和社会效用
Figure FDA0002458817800000041
其中
Figure FDA0002458817800000042
是卖方的效益，而
Figure FDA0002458817800000043
是买方的效益。
4.根据权利要求1所述的智能云辅助双边拍卖频谱分配方法，其特征在于：步骤S21包括以下步骤：
S211：频率异质性频：频谱异构性被定义为不同的频率具有不同的传输范围；总路径损耗定义为：
L＝10logf2+γlogd+Pf(n)-28 (5)
其中，L是以分贝(dB)为单位的总路径损耗，f是以兆赫兹(MHz)为单位的传输频率，d是以米(m)为单位的距离，γ是距离功率损耗系数，Pf(n)是地板损耗穿透因子；
S212：买卖双方说明：空闲频谱拥有者作为卖方，需上报信息包括：频段范围、允许所使用的区域、真实信道价格；频谱需求者作为买方，需上报信息包括：买方地理位置信息、发射功率、所需带宽、使用频段、真实信道价值；
S213：多智能体系统：包括三方：买方智能代理、卖方智能代理和作为中间拍卖师的云拍卖代理；以及智能体的决策过程。
5.根据权利要求1所述的智能云辅助双边拍卖频谱分配方法，其特征在于：步骤S22包括以下步骤：
S221：卖方代理竞价策略：对于特定信道c，出价回合时间为TBc，出价时间从TBc减少为零，类似于降价拍卖：
Figure FDA0002458817800000044
Figure FDA0002458817800000051
0≤t≤TBc,0≤βi c(t)≤1；需求缺口越大，剩余时间越多，因子越大；
定义Qt是奖励函数，等于满足用户QoE要求的信道数，定义QoE函数表达为：
Figure FDA0002458817800000052
S222：买方代理竞标策略：买方代理商bj的目标是在出价时段TBc中向云拍卖商-代理商提交信道的最低出价，以实现利润最大化；竞标时间t从TBc减少到零：
Figure FDA0002458817800000053
Figure FDA0002458817800000054
0≤t≤TBc,
Figure FDA0002458817800000055
其中，BPi c(t)是买方代理bj在出价时间TBc内信道c的临时出价bidprice(BP)；
S223：云拍卖代理作为中间人，对买卖双方的报价及需求做判断和执行；若
Figure FDA0002458817800000056
则最低卖方代理要价小于或等于最高买方代理联盟的出价，则通道c交易达成，成交价格Pi c(t)为达成交易时卖方要价与买方出价和的一半：
Figure FDA0002458817800000057
6.根据权利要求1所述的智能云辅助双边拍卖频谱分配方法，其特征在于：步骤S233中，还包括以下步骤：
A1：记拍出信道数为κt，获拍信道buyer集合YBt,|YBt|＝ε≥1，其需求信道数分别为
Figure FDA0002458817800000061
报价分别为
Figure FDA0002458817800000062
A2：把申请预成功的买方代理作为一个联盟
Figure FDA0002458817800000063
云代理产生联盟
Figure FDA0002458817800000064
潜在冲突图，找到
Figure FDA0002458817800000065
集中包含buyer个数最多的最大独立集gj，完成一轮分配，相应的信道c的拍卖价格就为
Figure FDA0002458817800000066
|gj|为获胜联盟Πj的成员个数；
A3：更新拍出信道数κt＝κt-1，相应独立集中的买方Ψ＝Ψ-1；当Ψ＝0时，代表此买方满意，不在参与下一轮竞拍，更新买方代理集合B且|B|＝|B|-1。直到κt＝0 or |YBt|＝0，结束此轮拍卖。
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