CN1905473A - 无线自组织网络中的功率与速率联合分配方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明采用博弈论，将无线自组织网络中的功率控制问题转化为非合作的博弈问题，系统通过“逐渐升高”单位价格的方法，找到最大化系统容量的可行资源分配。同时，本发明结合了考虑离散多速率分配问题。本发明采用联合功率和速率分配逐步升高价格的方法提出基于博弈论的分布式迭代算法解决此问题。依照用户基础价格的分配情况，本发明提出两种方法：第一种方法是对所有用户初始分配相同的基础单位价格；另外，本发明进一步提出了考虑功率消耗的自适应价格分配方案。后一种方法根据各链路不同的信道状况和SINR要求，分配不同的基础单位价格，从而获得较低的平均发送功率。

Description

无线自组织网络中的功率与 速率联合分配方法和装置

技术领域

本发明涉及在无线自组织网络中对移动终端进行功率和速率联合分配控制的方法和装置。特别是，本发明涉及利用博弈论及价格上涨机制来进行功率和速率联合分配的方法和装置，能够使网络中的通信链路在进行有效通信的基础上尽量复用有限的无线资源。

背景技术

嵌入式系统的发展，带来了诸如智能移动电话，掌上电脑之类的便携式移动终端的普及。同时，也给未来的通信方式提出了更多的要求，如灵活的组网方式，全局或局部的通信速率提高，受服务质量保证的多媒体业务等等。

在没有固定基础设施(如基站、AP等)的地区，以及在接入基站困难或代价昂贵的时候，移动Ad Hoc网络(或无线自组织网络)可以为无线终端提供崭新的、灵活有效的数据分组通信与组网方式。

Ad hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一跳或多跳的临时性自治系统，移动终端具有路由功能，可以通过无线连接构成任意的网络拓扑，这种网络可以独立工作，也可以与Internet或蜂窝无线网络连接。在后一种情况中，Ad hoc网络通常是以末端子网(树桩网络)的形式接入现有网络。

在Ad hoc网络中，每个移动终端兼具有路由器和主机两种功能：作为主机，终端需要运行面向用户的应用程序；作为路由器，终端需要运行相应的路由协议，根据路由策略和路由表参与分组转发和路由维护工作。在Ad hoc网络中，节点间的路由通常由多个网段(跳)组成，由于终端的无线传输范围有限，两个无法直接通信的终端节点往往要通过多个中间节点的转发来实现通信。所以，它又被称为多跳无线网、自组织网络、无固定设施的网络或对等网络。Ad hoc网络同时具备移动通信和计算机网络的特点，可以看作是一种特殊类型的移动计算机通信网络，其中所有节点的地位平等，即是一个对等式网络。节点可以随时加入和离开网络。任何节点的故障不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

移动Ad Hoc网络(MANET：Mobile Ad Hoc Network)能将多个无线节点在无固定基础设施的情况下，自组织地通过一跳或多跳通信组成网络，并能自发地协调各节点的工作，适应网络拓扑的变化。目前的Ad Hoc网络测试床多基于IEEE 802.11协议组，并以处理能力强、电源相对充足的笔记本电脑作为移动终端。但是下列缺陷给未来真实应用的自组网网络的设计提出若干挑战：

1)无线信道容量的带宽受到限制。Ad Hoc网络作为通信网未来可能的重要接入方式，其受限的无线带宽成为接入过程中的重要瓶颈。如何通过有效的功率和速率分配，充分复用有限的带宽，成为自组织网络设计中的重要问题。

2)有限的电源供给。作为Ad Hoc网络中的移动终端，为了具有移动性、轻便等特点，一般内存小、CPU处理能力低，特别是使用可耗尽低功率能源供电。设计中应在保证有效通信的基础上，尽量降低节点的发送功率。

3)服务质量保证。Ad Hoc网络中的时变高误码率的信道、自由移动的终端都给多媒体通信带来了极大困难。动态的带宽分配及接入控制设计可以提供有效的QoS改进。

在没有考虑功率控制的IEEE 802.11协议中，终端使用固定的功率发送控制包，即，请求发送分组/清除发送分组(RTS/CTS)及数据包(DATA)，并通过载波监听碰撞避免(CSMA/CA)，或虚拟载波(RTS/CTS)技术预留无线信道并避免冲突。如在虚拟载波技术中，发送节点在数据通信前通过广播RTS控制包通知接收节点以及邻居节点，接收节点回送CTS控制包确认本次通信，继而进行数据(DATA)与确认(ACK)数据包的传输。在传输过程中，邻居节点保持静默，以免干扰正在进行的通信。为提高无线资源的复用程度，J.Monks，V.Bharghavan，and W.Hwu于2001年4月在Proc.IEEEINFOCOM’01上发表的题为“A Power Controlled Multiple Access Protocolfor Wireless Packet Networks”的文章，E.Jung and N.Vaidya于2002年9月在Proc.ACM MobiCom’02上发表的题为“A Power Control MAC Protocolfor Ad Hoc Networks”的文章，A.Muqattash and M.Krunz于2003年3月在Proc.IEEE INFOCOM’03上发表的题为“Power Controlled Dual Channel(PCDC)Medium Access Protocol for Wireless Ad Hoc Networks”的文章，和A.Muqattash and M.Krunz于2004年5月在Proc.ACM MobiHoc’04上发表的题为“A single-channel solution for transmission power control in wirelessad hoc networks”的文章提出了PCMA，PCMAC，PCDC，S-PCDC等功率控制方法来改进802.11协议。上述方案一方面考虑降低发送功率，另一方面设计“干扰门限信息”传输协议，即发送节点通知邻居节点它能接受的干扰门限，而不是简单地通知它们保持静默。邻居节点在各自通信前考虑此门限，只有在相应的发射功率对其他节点造成的干扰低于门限时，邻居节点才与原发送节点同时进行各自的通信，互不冲突。

基于邻居间传播“干扰门限信息”的功率控制方案在有效降低Ad Hoc系统的功率开销的同时，成倍地提高信道复用的程度，即增加系统总的信息吞吐量。然而，上述方案中如何优化选择发送功率从而确定“干扰门限”，以及如何分配给周围的邻居们仍是待解决的开放问题。另外，各种方案将门限信息仅传给一跳内的邻居节点，而没有考虑一跳外的通信对发送节点的干扰，在假设上存在着局限性。

T.ElBatt，A.Ephremides于2004年1月在IEEE Trans.on WirelessCommunications，Vol.3，pp.74-85上发表的题为“Joint scheduling andpower control for wireless ad hoc networks”的文章以及其它一些文献中提出了另一类方案，如F-M，DCPC，DPC/ALP，DPCMAC，DPC/QoS，PCRA。这些技术方案涉及的主要是考虑所有节点的干扰，将每个接收节点处测量的信干噪比(SINR)作为参量，各链路通信的SINR要求作为约束条件，利用分布式迭代的方法进行功率分配。功率迭代的目标是：各链路能以分配到的功率同时通信，并保证发射功率总和尽量低。而在需要通信链路的SINR要求不能同时被满足时，上述方案提出不同的调度策略，选取尽可能多的链路同时传输。考虑单速率情况，每个链路各有发射与不发射两种选择，N条链路可选择的方案有2^N个，因此链路调度是NP(非多项式计算复杂度)完全问题，带来了较大的计算开销。在近期的一篇文献中，作者提出一种启发式算法DMS：当发送链路集的功率迭代过程失败时，去掉一个SINR最低的链路，重新迭代，直至找到可行的发送链路集。但仿真结果表明，DMS算法在系统负载大(即待发送链路多)的情况下只能获得较低的平均传输速率。

博弈论作为讨论由竞争对手间非合作博弈而产生的整体系统状态的重要方法，目前在无线网络研究中被广泛应用。无线链路中的各个发射节点作为竞争无线资源的理性对手，它们都想要最大化各自的收益(效用减去成本)，系统通过调节价格方案来影响节点的成本从而优化系统的整体性能。由于优化目标不同，以往研究中使用了不同的效用和价格函数，其中典型的效用函数有单位功耗的传输速率，数据帧中断概率和Shannon系统容量，而成本往往采用发射功率的线性函数，如cP，其中c是单位价格。例如，M.Xiao，N.B.Shroff，and K.P.Chong于2003年4月在IEEE/ACMTrans.on Networking，vol.11，no.2，pp.210-221上发表的题为“AUtility-based Power Control Scheme in Wireless Cellular Systems”的文章中提出了采用通信速率效率函数和线性成本函数来优化无线蜂窝网中的总通信容量。但是，M.Xiao，N.B.Shroff，and K.P.Chong的技术方案中使用固定的单位价格，以致系统在固定价格较低时出现振荡现象，待发送链路来回地选择发送和静默，其根本原因是此时系统不存在纳什均衡。

因此，针对Ad Hoc网络的实际应用，需要提出一种有效的、跨层及分布式的无线资源管理方案。例如，联合的功率控制、速率分配及带宽预留等。

发明内容

鉴于现有技术中的上述问题，提出了本发明。本发明的目的是提供一种在无线自组织网络中基于博弈论及价格上涨机制来进行功率和速率联合分配的方法和装置，能够使网络中的通信链路在进行有效通信的基础上尽量复用有限的无线资源。

根据本发明的一个方面，提供一种在无线自组织网络中基于逐步升高价格的联合执行功率和速率分配控制的方法，包括步骤：

网络中竞争链路的多个发送节点在功率检测时隙发送由前一个功率和速率计算时隙确定功率的功率检测数据包；

各链路的接收节点测定链路的信干噪比，并在功率和速率计算时隙中的随机时间以固定功率将测量的信干噪比结果数据包发送回到对应的发送节点；

发送节点通过收集到的本链路的信干噪比信息计算新的功率和传送速率，以使收益最大化；

如果链路的功率值发生振荡，则在价格广播时隙提高自己在获得网络资源同时付出的相应代价的单位价格c至cδ，并广播价格提高信令，其中δ＞1；

接收到信令的节点转发此信令，同时将自己的价格更新为cδ；重复上述步骤直到计算的两个功率之间的差值小于预定的阈值时结束，各节点进入数据传输阶段。

根据本发明的另一个方面，提供一种在无线自组织网络中基于逐步升高价格的联合执行功率和速率分配控制的方法，包括步骤：

设置网络中的多个节点为相同的初始功率P⁽⁰⁾和消耗网络资源所支付的初始单位价格c_i(0)；

各链路的发送节点以预定的功率P^(k)发送功率检测数据包；

接收节点测量链路的信干噪比，通过测量到的信干噪比，利用反应函数迭代计算新的功率P^(k+1)和传送速率；

比较所得到的新的功率P^(k+1)和当前发射功率P^(k)之间的差值是否小于预定阈值；

如果功率P^(k+1)和功率P^(k)之间的差值不小于预定阈值，则判断链路是否发生振荡；

如果链路发生振荡，有关节点则提高自己在获得网络资源的同时付出的相应代价的单位价格c_i，并向网络广播价格提高信令，循环执行上述步骤，直到达到纳什均衡。

根据本发明再一个方面，提供一种在无线自组织网络中基于价格逐步升高的联合执行功率和速率分配控制的方法，包括步骤：

网络中竞争链路的多个节点以预定的功率和传送速率相互通信；

当通信链路发生振荡时，希望继续进行通信的节点提高自己在获得网络资源的同时付出的相应代价的单位价格c_i，并向网络广播价格同步信令，而无法承受当前价格的节点将降低通信速率或终止通信；

根据当前链路前一次的发射功率和当前测量到的信干噪比计算本次使用的功率和传送速率；

所述节点根据作为发散功率P_i的多值阶跃函数的效用函数确定链路的传送速率；执行上述的功率计算迭代过程，直到链路振荡消除。

根据本发明的再一个方面，提供一种在无线自组织网络中基于逐步升高价格的联合执行功率和速率分配的节点，包括：

发射机，用于发射无线信号；接收机，用于接收无线信号；信干噪比测量单元，在所述节点作为接收端时，用于检测接收到的无线信号，测量信干噪比；

接收控制器，在节点作为接收端时，用于将测量的信干噪比值封装在测量结果数据包中，并通过发射机发送；

反馈信令检测单元，在节点作为发送端时，用于接收测量结果数据包，以便从接收端接收信干噪比值；

发射功率和速率控制器，在节点作为发送端时，用于在获得本时隙链路的信干噪比值后，通过迭代反应方程计算下一个时隙的功率检测数据包的发送功率，并在资源迭代分配阶段完成后控制发射机的发射功率和数据速率。

根据本发明的再一个方面，提供一种在无线自组织网络中基于价格逐步升高的联合执行功率和速率分配控制的方法，包括步骤：

网络中竞争链路的多个发送节点在功率检测时隙发送由前一个功率和速率计算时隙确定功率的功率检测数据包；

各链路的接收节点测定链路的信干噪比，并在功率和速率计算时隙中的随机时间以固定功率将测量的信干噪比结果数据包发送回到对应的发送节点；

发送节点通过收集到的本链路的信干噪比信息计算出本节点当前测量的信干噪比与其发射功率的比值α_i，根据α_i所在的区间，利用下面的表达式获得最优化各自收益的功率和传送速率，

$P_i^{\&prime;}={\mathrm{\&Phi;}}_i\left(P_{-i}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{h_M{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i},& {\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_M-h_{M-1}}{b_M-b_{M-1}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \frac{h_{M-1}{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i},& \frac{h_M-h_{M-1}}{b_M-b_{M-1}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_{M-1}-h_{M-2}}{b_{M-1}-b_{M-2}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ ......,& ......\\ \frac{h_2{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i}& \frac{h_3-h_2}{b_3-b_2}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_2-h_1}{b_2-b_1}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \frac{h_1{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i}& \frac{h_2-h_1}{b_2-b_1}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ 0,& {\mathrm{\&alpha;}}_i<{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c.\end{array}\right.$

其中P_i’是表示使本节点当前收益最大化的新的发射功率，P_-i是由除了P_i以外的其它链路发射功率组成的矢量，α_i表示其它链路带来的干扰状况，等于本节点当前测量的信干噪比与其发射功率的比值，γ_i表示第i条链路以最低速率传输时要求的信干噪比，h_i表示在以第i种速率传输时要求的信干噪比相比于以最低速率传输时要求的信干噪比的倍数，b_i表示在以第i种速率传输时的链路传送速率相比于最低速率的倍数。

附图说明

通过下面结合附图说明本发明的优选实施例，将使本发明的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：

图1是表示无线自组织网络的示意图；

图2是无线自组织网络中的节点之间的竞争的示意图。

图3(a)和3(b)是双链路系统中通过提高价格得到新纳什均衡点的示意图；

图4是说明无线自组织网络的通信链路分布示意图；

图5是根据本发明实施例的作为网络中节点的移动通信单元的结构的方框图；

图6是根据本发明的各个节点在功率协商阶段控制包传送的时序图；

图7是根据本发明的基于价格逐步升高的联合功率和速率选择算法的流程图。

图8是根据本发明一个实施例的基于价格逐步升高的联合功率和速率分配控制方法的流程图；

图9是根据本发明另一个实施例的基于价格逐步升高的自适应联合功率和速率分配控制方法的流程图；

图10(a)和(b)是四链路系统功率和速率迭代过程的示意图；和

图11是随机场景仿真中归一化功率的示意图。

图12是随机场景仿真中平均传输速率的示意图。

具体实施方式

本发明的基本构思是使诸如频率之类的网络资源被尽可能地被空间复用，使各个链路在进行有效通信的基础上尽量复用有限的无线资源，并且考虑到能量问题，用尽量低的功率来实现服务质量保证。

本发明采用跨层的和分布式的资源管理。其中跨层是指了解上层的业务和下层物理信息，以便进行跨层的分配，对链路的速率和节点的功率进行统一的管理。

在无线自组织网络中，没有一个中心设备来控制各个节点的功率，每个节点要自主地决定其功率。因此，网络中的每个节点要考虑到其它节点对自身的干扰。作为例子，本发明采用了信干噪比(SINR)作为其参考参数。另一方面，可以考虑速率。可以想象，低速率传输需要的无线信道环境比高速率传输所需的信道环境可以恶劣一些。在干扰较大的情况下，可以采用低速率来进行传输，以便把剩余的带宽用完。现有的IEEE 802.11支持这些内容。本发明在此基础上来考虑如何选择速率。本发明引入了博弈论来解决一般的竞争对手之间的决策问题。

下面参照附图对本发明的实施例进行详细的说明，在描述过程中省略了对于本发明来说是不必要的细节和功能，以防止对本发明的理解造成混淆。

图1示出了无线自组织网络的示意图。如图1所示，假设网络中有N个用户(1，2，3，…，N)，除了可以相互通信之外，这N个用户也是竞争对手。图中的实线表示用户之间的竞争关系。根据本发明，可以假设每个竞争对手都是理智的用户，即，作为竞争对手的用户都会使自己的收益最大化，并且不考虑其它用户本身的状况而只考虑其它用户对自身的影响。可以理解，在这种情况下，对网络的整体性能并不是最佳的。因此，在网络系统中引入了价格的概念，以使用户在获得收益的同时需要付出相应的代价，使得用户之间竞争的结果尽可能地趋向于使整个网络最优化。

因此，根据本发明，需要对一些函数做出定义来描述用户的收益与价格之间的关系，如下：

效用函数(Utility Function)，用于描述用户得到相应资源后的满意程度。

现有技术中已经有了一些应用博弈论的算法，但这些算法中的效用函数与本发明的不同。例如，利用单位能量上的带宽，或帧的中断概率，或香农容限来定义效用函数。本发明采用离散的带宽，即离散的吞吐量来定义效用函数。

采用博弈论需要使博弈问题停止在一个纳什均衡点(NashEquilibrium)。就是说，当网络中的用户处在竞争状态中时，每个用户都希望自己的状态最好，他们最终会停留在一个纳什均衡点。纳什均衡点的含义是指，对网络中的任何用户而言，他采用的都是当前状况下的最佳决策。在纳什均衡的状态下，网络中的任何节点都不想再改变其状态。

然而，现有技术算法的缺陷在于，这些算法在给出一个固定的价格或代价之后，系统在某些情况下不存在纳什均衡点。

价格(成本)函数(Pricing(Cost)Function)，通过考虑提供的服务所需的特性来反映使用资源的成本。作为例子，可以考虑功率因素来定义价格函数，这是因为与其它因素相比，功率更受关注。可以针对发射功率采用线性关系或指数或平方的关系来计算价格。然而本发明不限于此，也可以采用其它参数来定义价格函数。例如，可以基于访问，基于使用，或基于优先权等各种价格策略来考虑价格函数。根据本发明的方法，基于使用来进行定价，网络中的某个节点为使用资源所支付的价格与该节点消耗的资源成正比。

图2示出了无线自组织网络中的四条链路，八个节点之间的竞争示意图。图中的γ_i表示第i条链路的SINR要求，G_ij为第i条链路发送节点到第j条链路接收节点的信道增益。如果将图2所示的竞争关系简化成功率控制优化问题，可以希望功率总和最小化，并且满足发送的链路要大于功率要求，即功率是非负值。现有技术中将竞争算法归结为矩阵问题，来证明如果其中的某个参量可逆且为正，则所有链路可以同时进行传输。但是在某些链路竞争非常强的情况下，有些链路不可能同时进行传输。这种情况下，现有技术算法将得到发散的结果，即迭代结果是找不到合适的功率，而每个节点又在不断地提高自己的功率。

基于这些问题，本发明的方法希望找到一种方法，使一个或多个链路停止发送，或使用低传输速率使剩下的链路都能够有效传输。

本发明采用博弈论，将功率控制问题转化为非合作的博弈问题，系统通过“逐渐升高”单位价格的方法，找到最大化系统容量的可行资源分配。同时，本发明结合了考虑离散多速率分配问题。传统方法中认为联合功率、速率分配(DPRC：Distributed Constrained Power Control)增加了分配空间的维数，特别是离散速率情况下，调度问题变得更为复杂。本发明采用联合功率和速率分配逐步升高价格(SPG：Step-up Pricing Game)(DPRC/SPG)的方法中提出基于博弈论的分布式迭代算法解决此问题。依照用户基础价格的分配情况，本发明提出两种方法：第一种方法是对所有用户初始分配相同的基础单位价格；另外，本发明进一步提出了考虑功率消耗的自适应价格分配方案。后一种方法根据各链路不同的信道状况和SINR要求，分配不同的基础单位价格，尽管其平均通信容量较第一种方法略低，但可以获得较低的平均发送功率，降低了总的功率消耗。

具体地讲，本发明首先确定价格改变通信链路的收益，以第i条链路为例，可以用下面的公式(1)定义该链路的收益：

J_i(P_i)＝U_i(P_i)-cP_i。                  (1)

其中J_i为第i条链路的收益，它等于第i条链路获得的效用U_i减去成本后的结果，式中cP_i为成本，即单位价格c乘以发射功率P_i。效用函数U_i实际上描述用户的满意度，它是一个如下面的公式(2)给出的阶跃函数，并且是发散功率P_i的多值阶跃函数。

$U_i\left(P_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}{b}_M,& {\mathrm{\&alpha;}}_i{P}_i\&GreaterEqual;h_M{\mathrm{\&gamma;}}_i;\\ b_{M-1},& h_M{\mathrm{\&gamma;}}_i>{\mathrm{\&alpha;}}_i{P}_i\&GreaterEqual;h_{M-1}{\mathrm{\&gamma;}}_i;\\ ...,& ...;\\ b_1,& h_2{\mathrm{\&gamma;}}_i>{\mathrm{\&alpha;}}_i{P}_i\&GreaterEqual;h_1{\mathrm{\&gamma;}}_i;\\ 0,& {\mathrm{\&alpha;}}_i{P}_i<h_1{\mathrm{\&gamma;}}_i,\end{array}\right.---\left(2\right)$

式中M表示可选速率的个数，γ_i表示第i条链路以最低速率传输时要求的信干噪比，h_i表示在以第i种速率传输时要求的信干噪比相比于以最低速率传输时要求的信干噪比的倍数，b_i表示在以第i种速率传输时的链路传送速率相比于最低速率的倍数，h₁＝b₁＝1。具体来说，当SINR要求提高为h₂，…h_M倍(1＜h₂＜…＜h_M)时，链路能以b₂，…b_M倍的最低速率进行通信。在公式(2)中，体现了本发明将功率与速率联合的概念。另外，其它链路形成的干扰 ${\mathrm{\&alpha;}}_i=\frac{G_{\mathrm{ii}}}{{\mathrm{\&Sigma;}}_{j=1,j\&NotEqual;i}^N{G}_{\mathrm{ij}}{P}_j+{\mathrm{\&eta;}}_i}$ (G_ij为第i条链路发送节点到第j条链路接收节点的信道增益，η_i为第i条链路接收节点的热噪声功率)由除了P_i以外的其它链路的发射功率(即其它对手的决策)决定。

公式(2)反映了在干扰确定的情况下(即α_i确定)，链路使用功率P发射所获得的效用。实际上，由于α_i等于本节点当前测量的信干噪比与其发射功率的比值，所以α_i的分母即为其他链路在本节点处的干扰之和，因此α_i越大表明干扰越小考虑到因发射功率P带来的代价，获得的效用减去代价(cP)即得到如(1)式所示的收益。上面已经说明，网络中的所有用户(节点)都是理智的，所有待通信链路在功率协商阶段均选择最优化各自收益的功率。即在其它节点的功率确定的情况下，链路使用下面的反应函数(3)给出的发射功率P_i’，最大化公式(1)中的收益J_i：

$P_i^{\&prime;}={\mathrm{\&Phi;}}_i\left(P_{-i}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{h_M{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i},& {\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_M-h_{M-1}}{b_M-b_{M-1}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \frac{h_{M-1}{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i},& \frac{h_M-h_{M-1}}{b_M-b_{M-1}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_{M-1}-h_{M-2}}{b_{M-1}-b_{M-2}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ ......,& ......\\ \frac{h_2{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i}& \frac{h_3-h_2}{b_3-b_2}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_2-h_1}{b_2-b_1}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \frac{h_1{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i}& \frac{h_2-h_1}{b_2-b_1}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ 0,& {\mathrm{\&alpha;}}_i<{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c.\end{array}\right.---\left(3\right)$

其中P_-i是由除了P_i以外的其它链路发射功率组成的矢量。(3)式是采用求不连续函数最大值方法获得的。具体来讲，由于Ui是多值阶跃函数，而cp是线性函数，则Ji的最大值出现在Ui函数的不连续点上，即P_i为0，h_eγ_i/α_i，h₂γ_i/α_i，……或h_Mγ_i/α_i时，比较这些不连续点上J_i(P_i)的值，即可以找到最大化收益J_e的功率P_i’。方程式(3)表明，当其它链路带来的干扰状况(由α_i体现)确定后，本发明的算法将以它所处的区间，选定相应的功率P_i’。同时，方程式(3)中α_i的各个区间也表明了数据发射阶段选用的传送速率，α_i数值越大，传送速率越大。例如，如果测量出的 ${\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_M-h_{M-1}}{b_M-b_{M-1}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;,$ 表示链路将选用 的发射功率和M倍于最低速率的速率发送；而如果测量出 $\frac{h_M-h_{M-1}}{b_M-b_{M-1}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_{M-1}-h_{M-2}}{b_{M-1}-b_{M-2}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;$ 表示链路将使用(M-1)倍最低速率，依次类推。实际上，在选定α_i的区间的时候，已经选定了速率，即最小的区间(公式(3)从下往上)对应着0速率传输，最大的区间(公式(3)从上到下)对应着最高速率M速率的传输，以此类推。

由博弈论知识可知，各链路反应函数的交点为系统的纳什均衡点，在这样的点上每个链路都不愿意改变各自的功率速率，从而成为系统的平衡点。因此，可以将反应函数描述成分布式的迭代算法(迭代反应函数)，如在单速率(M＝1)情况下，反应函数可整理为由下面的公式(4)表示：

$P_i^{(k+1)}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{{\mathrm{\&gamma;}}_i}{R_i^{\left(k\right)}}{P}_i^{\left(k\right)},& R_i^{\left(k\right)}\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c{P}_i^{\left(k\right)}\\ 0,& R_i^{\left(k\right)}<{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c{P}_i^{\left(k\right)}.\end{array}\right.---\left(4\right)$

其中P_i ^(k)为第i条链路在第k个迭代阶段选择的发射功率，而R_i ^(k)表示此链路在k个阶段测量到的SINR。

从公式(4)可以看到，在迭代过程中，本算法只需要当前链路前一次的发射功率和当前测量到的SINR，便可以分布式地计算本次将使用的发射功率。已经通过理论证明，如果纳什均衡点存在，系统的功率迭代过程将收敛到总和最小的最优发射功率分配，而如果单位价格较低不存在纳什均衡，即系统出现振荡时，部分链路将来回选择较大发射功率或停止发射。

图3(a)和3(b)示出了双链路系统中通过提高价格得到新纳什均衡点的示意图。图3分别表示系统使用低价格(图3(a))和高价格(图3(b))时不同的纳什均衡点存在情况。图中横轴P₁均表示链路1的功率，P₂表示链路2的功率。实线和虚线表示由表达式(4)决定的反应方程：其中实线表示在P₁确定的情况下，P₂的最佳选择(即最大化第2条链路收益的结果)；而虚线表示在给定P₂的情况下，第1条链路的最优功率选择P₁。如果两条反应方程(函数)相交，则交点为纳什均衡点，表示此处的P₁和P₂(横、纵坐标)互为最优选择，两条链路都不会再改变功率。

图3(a)中的实线和虚线不相交，代表系统不存在纳什均衡点，带箭头的折线表示两条链路轮流使用反应方程决定发射功率的过程，可以看到，图3(a)中的折线构成循环，即系统发生振荡，功率迭代过程发散。而在图3(b)中，系统使用较高的价格c，由(4)式可以知道，价格变化导致反应曲线变化(图中的实线和虚线的不连续点分别向原点靠近)，当价格提高到反应方程从图3(a)的不相交状况到图3(b)相交状况时，系统出现纳什均衡点(即图3(b)中的两线交点NE)。与此同时，带箭头的折线将迭代到纳什均衡点，系统的功率迭代过程收敛。

图3中高和低价格下的纳什均衡存在情况的比较表明，提高系统单位价格c可以使原本没有均衡点的系统出现新的纳什均衡点，功率迭代过程收敛到一些链路因为承受不了较高价格而停止传输(如图3(b)中的链路2)或低速率传输的情况。

因此本发明的方案模仿“拍卖”过程：拍卖中，如果商品的价格太低，能够承受此价格的用户较多，购买竞争者则太多，不存在可行的购买方案，此时可以提高价格直到最后的购买者出现。

根据本发明的方法，接入网络的价格是可变的。如果单位价格c合适，有些节点则退出，剩下的节点可以同时发送，如果价格过高，则有可能没有人接受该价格。因此，按照本发明的方案，希望将价格c涨到最合适的水平，使得某个或某些节点刚退出链路，其它节点立即可以同时传输。

根据本发明的方法，一方面，可以使网络中各个节点的初始价格一致，然后每个节点按照固定的增长方式来升高自己的价格，即DPRC/SPG方法。另一方面，可以使每个节点的初始价格不一致，即某些链路具有不同的特权。例如，对某些信道状况较好的节点，可以给出一个较低的价格，因为其使用的资源较少，如果它们能够更快地竞争到这些链路，将能在保证一定的吞吐量的同时有效的降低系统的平均功率消耗，即DPRC/SPG/AP(AP：自适应价格)方法。

在DPRC/SPG方法中，如果纳什均衡点不存在，则意味着出现了振荡，下面的公式(5)给出了振荡检测方程：

$\frac{|P_i^{(k+1)}-P_i^{\left(k\right)}|}{|P_i^{\left(k\right)}-P_i^{(k-1)}|}\&GreaterEqual;\mathrm{\&sigma;}---\left(5\right)$

其中σ为一个略小于1的常数，如σ＝0.95，公式(5)成立则表明前后迭代的过程在发散，系统不存在唯一的均衡点。此时，系统按照下面给出的公式(6)来提高单位价格。

c＝cδ，其中δ＝1+ε，ε＞0。         (6)

但是，在过高的价格下，过多的链路退出竞争选择不发送数据，导致系统总通信容量的降低。因此，根据本发明的方案，在第一个纳什均衡点出现的时候停止价格增长，从而找到最大化系统容量的功率与速率分配方案(将在后面详细说明)。

作为另一种方案，在考虑功率消耗的DPRC/SPG/AP方案中，仍然使用“涨价”机制但为不同链路分配不同的基础单位价格，可以用下面的公式(7)表示。

$c_i\left(0\right)=\frac{{\tilde{G}}_i{\mathrm{\&gamma;}}_i}{G_{\mathrm{ii}}}\&CenterDot;\underset{i}{\min }\left(\frac{G_{\mathrm{ii}}}{{\tilde{G}}_i{\mathrm{\&gamma;}}_i}\right)\&CenterDot;c\left(0\right)---\left(7\right)$

其中

表示第i个链路处的平均干扰增益，即为除第i条链路以外的所有其它链路增益的平均值，γ_i表示第i条链路以最低速率传输时要求的信干噪比，c(0)为DPRC/SPG中的初始单位价格。公式(7)表明，处于干扰较强(即， 大)，链路增益较小(即，G_ii小)或SINR要求较高(即，γ_i大)环境下的链路将被分配以更高的价格(c_i大)。因此，DPRC/SPG/AP方案考虑系统的整体功率效率，优先接入代价小的链路。

在以上两种方案中，均按照表达式(6)提高价格。同时可以证明，DPRC/SPG方案中价格变化存在于一个有效区域中，即价格增长应从一个下界开始，且迭代一定会在达到某个上界前停止迭代。单位价格c满足由下面的公式(8)给出的条件：

$\frac{h_M(b_M-b_{M-1})}{(h_M-h_{M-1})P_{\max }}\&le;c\&le;\frac{1}{{\min }_i\left({\mathrm{\&gamma;}}_i{\mathrm{\&eta;}}_i\right)}---\left(8\right)$

其中P_max为系统发射节点的最大发射功率。公式(8)的左侧描述了迭代算法中的有效起始价格，如公式(9)所示。

$c\left(0\right)=\frac{h_M(b_M-b_{M-1})}{(h_M-h_{M-1})P_{\max }}---\left(9\right)$

而在DPRC/SPG/AP方案中，使得所有c_i(0)满足最大值不超过下界c(0)，即如公式(7)所示。通过公式(7)可以计算得到DPRC/SPG/AP迭代算法中的不同链路的初始价格ci(0)。

下面描述本发明方法的具体实施方案。图4描述了一个典型的ad hoc网络，其中有8个节点，分别是101，102，…，108。其中101需要向102传送数据，而103，105，107分别准备向各自的目的节点104，106和108发送数据。如图4所示，可以将节点分为两类，例如，节点101、103、105和107为发送节点，另外四个节点102，104，106和108为接收节点。发送节点和接收节点之间通过相应的链路进行通信。需要说明的是，每个节点同时具有发送节点和接收节点的功能，称其为发送节点或接收节点只是针对该节点在某个瞬时的功能而言。

图5示出了根据本发明实施例的网络中节点的结构方框图。如图5所示，每个节点包括接收机111，发射机112，SINR测量单元113，接收控制器114，反馈信令检测单元115和发射功率和速率控制器116。在图5中，带有阴影的部分，即反馈信令检测单元115和发射功率和速率控制器116表示执行发射功能的单元，而SINR测量单元113和接收控制器114表示执行接收功能的单元。实际上，每个节点在不同时刻可能成为发送或接收方，因此它们都具有功能单元111至116。应该指出，虽然图5中将发送天线和接收天线分开表示，实际上天线可以是一个，即发射机和接收机可以时分共用一个天线。

在图5中，接收机111用于接收无线信号，发射机112用于发射无线信号。SINR测量单元113在节点作为接收端时(如图4中的102、104、106和108)启用，用于检测接收到的无线信号，测量信干噪比SINR。接收控制器114在节点作为接收端时启用，用于将测量的SINR值封装在测量结果数据包(PMP：Power Measurement Packet)中，通过发射机112发送。反馈信令检测单元115在节点作为发送端时(如图4中的101、103、105和107)启用；负责接收PMP控制包，取得接收端传送过来的SINR值。发射功率和速率控制器116在节点作为发送端时启用，用于在获得本时隙链路SINR数值后，通过反应方程计算下一个时隙的功率检测数据包(PTP：Power Test Packet)的发送功率；并在资源迭代分配阶段完成后控制发射机112的发射功率和数据速率发送数据分组。作为实例，在本发明中，节点可以是诸如个人计算机(PC)，个人数字助理(PDA)之类的移动终端。

为了实现本发明的方法，与IEEE 802.11协议相比，本发明的技术方案利用“资源协商阶段”替换了RTS/CTS的虚拟载波协商阶段，而协商阶段又分为若干个交替的“功率检测(PD)”、“功率-速率计算(PC)”和“价格传播(PB)”时隙。

图6示出了功率协商阶段控制包传送的时序图。应该指出，本发明的方法默认各节点的时钟已同步，即图6中所示的A，B，和C三条链路的开始时间已经对准。在协商阶段定时开始，需要数据传输的链路(如对应于链路A的节点101-102，对应于链路B的节点103-104等)参加协商。图6中示出了三个时隙“功率检测(PD)”、“功率和速率计算(PC)”和“价格传播(PB)”。这三个时隙按上述顺序循环，并在协商完成后发送数据。在协商开始时，竞争链路的发送节点(例如，101，103，105和107)由各自的发送功率和速率控制器116控制在功率检测(PD)时隙发送由前一个PC阶段确定的功率的“功率检测数据包(PTP)”。PTP可以具有表示发送节点身份等特征的规则数据，以有利于接收节点测量SINR。此时，各链路的接收节点(例如，102，104，106和108)使用SINR测量单元113测定链路的信干噪比，并在功率和速率计算(PC)时隙中的随机时间以固定功率(由接收控制器114管理)将测量结果数据包(PMP)发送回对应的发送节点(如102发给101)。发送节点通过收集到的本链路的SINR信息，以及当前信道的增益情况G_ii通过表达式(3)计算新的功率和传送速率，使公式(1)中表示的收益最大化。如果链路通过计算表达式(5)发现功率值发生振荡，它将在价格传播(PB)时隙提高自己的单位价格c＝cδ，并以最大功率广播1比特的“价格提高信令(PSS)”。接收到信令的节点转发此信令，且最多转发一次，同时更新自己的价格。由于需要接收信令的节点都处于侦听状态，且只需要判断信令的有无，因此不存在一般全网广播的碰撞问题。最终在PB时隙后，各节点拥有同步的单位价格上涨(在DPRC/SPG/AP中价格不同，但增益相同)。资源协商阶段中前后迭代功率相近时迭代结束，系统进入“数据传输阶段”，各链路按照协商阶段确定的功率和速率进行同时通信。作为迭代功率相近的例子，可以根据具体情况，预先设定一个阈值，当前后迭代功率差小于该预定阈值时结束迭代过程。

需要说明的是，为获得最大的无线带宽复用程度，本发明的方案增加了资源协商阶段作为开销，因而更适应通信时间较长的多媒体通信，而不太适合于一些突发性强的数据业务。

以单速率系统为例，图7是根据本发明的基于逐步升高价格的联合功率和速率选择算法的流程图。在初始步骤中，设置网络中的节点的初始功率P(0)和相应的初始价格c(0)。作为例子，初始功率可以均为0，以减小迭代时使用的功率消耗，但本发明不限于此，按照表达式(9)设置所有节点的初始价格c(0)。在步骤701，各链路的发送节点利用由反馈信令检测单元115收到的信干噪比以及资源协商阶段的PD时隙中的发送功率P_i ^(k)，通过发射功率和速率控制器116计算下一时隙的新的发送功率P_i ^(k+1)，之后进入步骤702，比较所得到的功率P^(k+1)和前一次得到的功率P^(k)是否足够接近。如果前后得到的功率P^(k)和P^(k+1)足够接近，则结束资源协商阶段，准备进入数据发送阶段(步骤706)；如果在步骤S702的比较结果为否定，则进行到步骤S703，利用表达式(5)判断链路是否发生振荡。如果判断链路发生振荡，流程则转到步骤S704，有关节点按照表达式(6)提高价格c并广播价格提高信令。此后，流程转到步骤S705，判断迭代过程是否达到最大迭代次数。如果达到了最大迭代次数，流程则退出协商阶段，转入数据传输阶段(步骤706)。否则，流程则转到步骤S701，在下一个PD时隙继续执行上述迭代过程。如果在步骤S703判断链路没有发生振荡，流程则直接转到步骤S705，并执行步骤S705后操作。

图8是根据本发明一个实施例的基于逐步升高价格的联合功率和速率分配控制方法的流程图。首先，在初始步骤中，设置网络中的节点的初始功率和相应的初始价格c_i ⁽⁰⁾。作为例子，初始功率可以均为0，以减小迭代时使用的功率消耗，但是本发明不限于此，基于逐步升高价格的联合功率和速率分配控制方法中，按照表达式(9)设置初始价格，使所有节点的初始价格相同。在步骤S801，在资源协商阶段的PD时隙中，各链路的发送节点以功率和速率计算时隙确定的功率检测数据包P^(k)功率进行发送，接收节点的SINR测量单元113测量该链路的SINR(k)。然后，在步骤S802，在PC时隙，可以在随机时间，通过反向测量到的SINR^(k)，接收节点利用反应函数迭代计算新的功率，计算出它当前的干扰状况α_i，看它落在那个区间，从而利用公式(3)确定通信速率。此后，在步骤S803，在PB时隙，比较所得到的功率P^(k+1)和前一次得到的功率P^(k)是否足够接近。例如，可以判断新的功率P^(k+1)和前一次得到的功率P^(k)之间的差值是否小于预定阈值来判断两个功率是否足够接近。如果前后得到的功率P^(k)和P^(k+1)足够接近，流程则退出资源协商阶段，准备进入数据发送阶段。如果在步骤S803比较结果为否定，流程则进行到步骤S804，利用表达式(5)判断链路是否发生振荡。如果判断链路发生振荡，流程则转到步骤S805，有关节点按照表达式(6)提高价格c，并向网络广播价格同步信令。此后，流程转到步骤S806，判断迭代过程是否达到最大迭代次数。如果达到了最大迭代次数，流程则退出协商阶段，转入数据传输阶段。否则，流程转到步骤S801，在下一个PD时隙继续执行上述迭代过程。如果在步骤S804判断链路没有发生振荡，流程则直接转到步骤S806，并执行步骤S806后操作。

图9是根据本发明另一个实施例的基于逐步升高价格的自适应联合功率和速率分配控制方法的流程图。除使每个节点的初始价格c不同外，其它步骤与图8所示的流程相同。下面详细说明基于逐步升高价格的自适应联合功率和速率分配控制方法。首先，在初始步骤中，设置网络中的节点的初始功率和相应的初始价格c_i(0)。作为例子，初始功率可以均为0，以减小迭代时使用的功率消耗，但本发明不限于此，基于逐步升高价格的联合功率和速率分配控制方法中，按照表达式(7)设置初始价格，使所有节点的初始价格不同。例如，使至少一个节点与其它节点的初始单位价格不同。在步骤S901，在资源协商阶段的PD时隙中，各链路的发送节点以功率和速率计算时隙确定的功率检测数据包P^(k)功率进行发送，接收节点的SINR测量单元113测量该链路的SINR^(k)。然后，在步骤S902，在PC时隙，通过测量到的SINR^(k)，接收节点利用迭代反应函数计算新的功率，计算出它当前的干扰状况α_i，看它落在那个区间，从而利用公式(3)确定速率。此后，在步骤S903，在PB时隙，比较所得到的功率P^(k+1)和前一次得到的功率P^(k)是否足够接近。如果前后得到的功率P^(k)和P^(k+1)足够接近，流程则退出资源协商阶段，准备进入数据发送阶段。如果在步骤S903比较结果为否定，流程则进行到步骤S904，利用表达式(5)判断链路是否发生振荡。如果判断链路发生振荡，流程则转到步骤S905，有关节点按照表达式(6)提高价格c，并向网络广播价格同步信令。此后，流程转到步骤S906，判断迭代过程是否达到最大迭代次数。如果达到了最大迭代次数，流程则退出协商阶段，转入数据传输阶段。否则，流程转到步骤S901，在下一个PD时隙继续执行上述迭代过程。如果在步骤S904判断链路没有发生振荡，流程则直接转到步骤S906，并执行步骤S906后操作。

图10(a)和10(b)示出了四链路系统功率速率迭代过程仿真的示意图。为了便于说明，图10(a)和10(b)中以采用两种速率为例，即高速和低速，以及停止发送。图10(a)中分别给出了SINR的要求是2，3，4，5的情况下得到的曲线，即表示SINR要大于上述值时才能进行发送。仿真结果表明，其结果很快就可以达到稳定状态，达到其目标。图10(b)示出了提高SINR的要求时的情况，图10(b)表明了将SINR提高h倍，来进行高速发送的情况。即γ分别等于4，6，8，10。图10(b)中的仿真结果表明，四条链路不能同时以高速率发送。如图10(b)所示，在开始的部分出现振荡，然后，两个链路的SINR被降低，即它们选择低速率进行传输。

图11是表示链路数量与能量的关系。图中横轴表示链路数量，纵轴表示每条链路的平均功率消耗。每组包括四个条，每组中最左的线条表示最优化方法，其允许尽量多的节点发射，其能量总和也因此而较多。从左侧开始的第二线条表示现有技术的DMS方法。从图中可以看出，DMS方法消耗的能量与左侧第一条穷举方法相近。根据本发明的基于价格逐步升高的联合功率和速率分配控制方法(DPRC/SPG)和基于价格逐步升高的自适应联合功率和速率分配控制方法(DPRC/SPG/AP)，其所用的能量只有现有技术采用的方法的能量的一半，甚至更低。从图11中可以看出，基于价格逐步升高的自适应联合功率和速率分配控制方法使用的能量更低。

可以证明，这样的自适应方案考虑了关断一个链路或降低一个链路功率后剩余链路功率的总和。例如，如果5条待通信链路不可能同时传输，而其中任何4条都能同时通信，DPRC/SPG将去除发射功率最大的一条链路，而DPRC/SPG/AP将关断使得剩下4条链路传输功率总和最小的那条。DPRC/SPG和DPRC/SPG/AP都具有比现有的DMS方案更高的平均通信速率。具体而言，由图12可以看到，重负载情况下，DPRC/SPG能缩小DMS方案与理论上限的差距约30％。而DPRC/SPG/AP可获得更好的功率效率(约为DMS方案的50％)，但平均通信容量较DPRC/SPG方案略低。

根据本发明，基于博弈论及价格上涨机制对无线自组织网络进行功率和速率联合分配，能够使网络中的节点在保证有效通信的同时复用有限的无线资源。

应该指出，本发明的媒体接入控制方法可以通过硬件实现，也可以通过软件实现，或硬件与软件的组合来实现。

至此已经结合优选实施例对本发明进行了描述。本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本发明的范围不应该被理解为被局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求所限定。

Claims (18)

1.一种在无线自组织网络中基于逐步升高价格的联合执行功率和速率分配控制的方法，包括步骤：

网络中竞争链路的多个发送节点在功率检测时隙发送由前一个功率和速率计算时隙确定功率的功率检测数据包；

各链路的接收节点测定链路的信干噪比，并在功率和速率计算时隙中的随机时间以固定功率将测量的信干噪比结果数据包发送回对应的发送节点；

发送节点通过收集到的本链路的信干噪比信息计算新的功率和传送速率；

如果链路的功率值发生振荡，则在价格广播时隙提高自己在获得网络资源同时付出的相应代价的单位价格c至cδ，并广播价格提高信令，其中δ＞1；

接收到信令的节点转发此信令，同时将自己的价格更新为cδ；重复上述步骤直到计算的两个功率之间的差值小于预定的阈值时结束，各节点进入数据传输阶段。

2.根据权利要求1所述的方法，其中进一步包括每个节点计算出本节点当前测量的信干噪比与其发射功率的比值α_i，根据α_i所在的区间，利用下面的表达式确定下一步所对应的发送功率和速率：

$P_i^{\&prime;}={\mathrm{\&Phi;}}_i\left(P_{-i}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{h_M{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i},& {\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_M-h_{M-1}}{b_M-b_{M-1}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \frac{h_{M-1}{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i},& \frac{h_M-h_{M-1}}{b_M-b_{M-1}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_{M-1}-h_{M-2}}{b_{M-1}-b_{M-2}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ \frac{h_2{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i}& \frac{h_3-h_2}{b_3-b_2}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_2-h_1}{b_2-b_1}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \frac{h_1{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i}& \frac{h_2-h_1}{b_2-b_1}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ 0,& {\mathrm{\&alpha;}}_i<{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c.\end{array}\right.$

其中P_i’是表示使本节点当前收益最大化的新的发射功率，P_-i是由除了P_i以外的其它链路发射功率组成的矢量，α_i表示其它链路带来的干扰状况，等于本节点当前测量的信干噪比与其发射功率的比值，γ_i表示第i条链路以最低速率传输时要求的信干噪比，h_i表示在以第i种速率传输时要求的信干噪比相比于以最低速率传输时要求的信干噪比的倍数，b_i表示在以第i种速率传输时的链路传送速率相比于最低速率的倍数，M表示可选速率的个数。

3.根据权利要求1所述的方法，其中功率检测数据包包含具有表示发送节点身份特征的数据，以便于接收节点测量信干噪比。

4.根据权利要求1所述的方法，其中接收到价格提高信令的节点最多将接收的信令转发一次。

5.一种在无线自组织网络中基于逐步升高价格的联合执行功率和速率分配控制的方法，包括步骤：

设置网络中的多个节点为相同的初始功率P⁽⁰⁾和消耗网络资源所支付的初始单位价格c_i(0)；

各链路的发送节点以预定的功率P^(k)发送功率检测数据包；

接收节点测量链路的信干噪比，通过测量到的信干噪比，利用反应函数迭代计算新的功率P^(k+1)和传送速率；

比较所得到的新的功率P^(k+1)和当前发射功率P^(k)之间的差值是否小于预定阈值；

如果功率P^(k+1)和功率P^(k)之间的差值不小于预定阈值，则判断链路是否发生振荡；

如果链路发生振荡，有关节点则提高自己在获得网络资源的所需付出的单位价格c_i，并向网络广播价格提高信令，循环执行上述步骤，直到达到纳什均衡。

6.根据权利要求5所述的方法，其中如果得到的功率P^(k+1)和P^(k)之间的差值小于预定阈值，则准备进行数据发送。

7.根据权利要求5所述的方法，其中在设置初始单位价格c_i(0)的步骤中按照下面的表达式设置网络中所有节点的初始单位价格，使初始单位价格相同，

$c\left(0\right)=\frac{h_M(b_M-b_{M-1})}{(h_M-h_{M-1})P_{\max }}$

其中P_max为网络中发射节点允许的最大发射功率，h_M表示在以最高速率传输时要求的信干噪比相比于以最低速率传输时要求的信干噪比的倍数，b_M表示在以最高速率传输时的链路传送速率相比于最低速率的倍数，M表示可选速率的个数。

8.根据权利要求5所述的方法，其中在设置初始单位价格c_i(0)的步骤中按照下面的表达式设置网络中的节点的初始单位价格，使至少一个节点的初始单位价格与其它节点的初始单位价格不同，

$c_i\left(0\right)=\frac{{\tilde{G}}_i{\mathrm{\&gamma;}}_i}{G_{\mathrm{ii}}}\&CenterDot;\underset{i}{\min }\left(\frac{G_{\mathrm{ii}}}{{\tilde{G}}_i{\mathrm{\&gamma;}}_i}\right)\&CenterDot;c\left(0\right)$

其中

表示第i个链路处的平均干扰增益，即为除第i条链路以外的所有其它链路增益的平均值，γ_i表示第i条链路以最低速率传输时要求的信干噪比。

9.根据权利要求5所述的方法，其中在初始功率的设置步骤中使初始功率均为0。

10.根据权利要求5所述的方法，其中在判断链路是否发生振荡的步骤中，按照下面的表达式判断链路是否发生振荡，如果该式成立则表明发生振荡

$\frac{|P_i^{(k+1)}-P_i^{\left(k\right)}|}{|P_i^{\left(k\right)}-P_i^{(k-1)}|}\&GreaterEqual;\mathrm{\&sigma;}$

其中σ为一个略小于1的常数。

11.根据权利要求5所述的方法，其中有关节点按照下面的表达式提高单位价格c_i，

c_i＝c_iδ，其中δ＝1+ε，ε＞0。

12.根据权利要求5至11中的任何一项所述的方法，其中每个节点计算出本节点当前测量的信干噪比与其发射功率的比值α_i，根据α_i所在的区间，利用下面的表达式确定下一步所对应的发送功率和速率：

$P_i^{\&prime;}={\mathrm{\&Phi;}}_i\left(P_{-i}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{h_M{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i},& {\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_M-h_{M-1}}{b_M-b_{M-1}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \frac{h_{M-1}{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i},& \frac{h_M-h_{M-1}}{b_M-b_{M-1}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_{M-1}-h_{M-2}}{b_{M-1}-b_{M-2}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ \frac{h_2{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i}& \frac{h_3-h_2}{b_3-b_2}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_2-h_1}{b_2-b_1}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \frac{h_1{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i}& \frac{h_2-h_1}{b_2-b_1}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ 0,& {\mathrm{\&alpha;}}_i<{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c.\end{array}\right.$

其中P_i’是表示使本节点当前收益最大化的新的发射功率，P_-i是由除了P_i以外的其它链路发射功率组成的矢量，α_i表示其它链路带来的干扰状况，等于本节点当前测量的信干噪比与其发射功率的比值，γ_i表示第i条链路以最低速率传输时要求的信干噪比，h_i表示在以第i种速率传输时要求的信干噪比相比于以最低速率传输时要求的信干噪比的倍数，b_i表示在以第i种速率传输时的链路传送速率相比于最低速率的倍数。

13.一种在无线自组织网络中基于价格逐步升高的联合执行功率和速率分配控制的方法，包括步骤：

网络中竞争链路的多个节点以预定的功率和传送速率相互通信；

当通信链路发生振荡时，希望继续进行通信的节点提高自己在获得网络资源的同时付出的相应代价的单位价格c_i，并向网络广播价格同步信令，而无法承受当前价格的节点将降低通信速率或终止通信；

根据当前链路前一次的发射功率和当前测量到的信干噪比计算本次使用的功率和传送速率；

所述节点根据作为发散功率P_i的多值阶跃函数的效用函数确定链路的传送速率；执行上述的功率计算迭代过程，直到链路振荡消除。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述效用函数与功率的关系如下：

$U_i\left(P_i\right)=\left\{\begin{array}{cc}{b}_M,& {\mathrm{\&alpha;}}_i{P}_i\&GreaterEqual;h_M{\mathrm{\&gamma;}}_i;\\ b_{M-1},& h_M{\mathrm{\&gamma;}}_i>{\mathrm{\&alpha;}}_i{P}_i\&GreaterEqual;h_{M-1}{\mathrm{\&gamma;}}_i;\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;;\\ b_1,& h_2{\mathrm{\&gamma;}}_i>{\mathrm{\&alpha;}}_i{P}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{\&alpha;}}_i{P}_i\&GreaterEqual;h_1{\mathrm{\&gamma;}}_i;\\ 0,& {\mathrm{\&alpha;}}_i{P}_i<h_1{\mathrm{\&gamma;}}_i,\end{array}\right.$

其中M表示可选速率的个数，α_i表示其它链路带来的干扰状况，等于本节点当前测量的信干噪比与其发射功率的比值，γ_i表示第i条链路以最低速率传输时要求的信干噪比，h_i表示在以第i种速率传输时要求的信干噪比相比于以最低速率传输时要求的信干噪比的倍数，b_i表示在以第i种速率传输时的链路传送速率相比于最低速率的倍数。

15.根据权利要求13所述的方法，其中每个节点计算出本节点当前测量的信干噪比与其发射功率的比值α_i，根据α_i所在的区间，利用下面的表达式获得最优化各自收益的功率和传送速率：

其中P_i’是表示使本节点当前收益最大化的新的发射功率，P_-i是由除了P_i以外的其它链路发射功率组成的矢量，α_i表示其它链路带来的干扰状况，等于本节点当前测量的信干噪比与其发射功率的比值，γ_i表示第i条链路以最

$P_i^{\&prime;}={\mathrm{\&Phi;}}_i\left(P_{-i}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{h_M{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i},& {\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_M-h_{M-1}}{b_M-b_{M-1}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \frac{h_{M-1}{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i},& \frac{h_M-h_{M-1}}{b_M-b_{M-1}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_{M-1}-h_{M-2}}{b_{M-1}-b_{M-2}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ \frac{h_2{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i}& \frac{h_3-h_2}{b_3-b_2}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_2-h_1}{b_2-b_1}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \frac{h_1{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i}& \frac{h_2-h_1}{b_2-b_1}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ 0,& {\mathrm{\&alpha;}}_i<{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c.\end{array}\right.$

低速率传输时要求的信干噪比，h_i表示在以第i种速率传输时要求的信干噪比相比于以最低速率传输时要求的信干噪比的倍数，b_i表示在以第i种速率传输时的链路传送速率相比于最低速率的倍数。

16.一种在无线自组织网络中基于逐步升高价格的联合执行功率和速率分配的节点，包括：

发射机，用于发射无线信号；接收机，用于接收无线信号；信干噪比测量单元，在所述节点作为接收端时，用于检测接收到的无线信号，测量信干噪比；

接收控制器，在节点作为接收端时，用于将测量的信干噪比值封装在测量结果数据包中，并通过发射机发送；

反馈信令检测单元，在节点作为发送端时，用于接收测量结果数据包，以便从接收端接收信干噪比值；

发射功率和速率控制器，在节点作为发送端时，用于在获得本时隙链路的信干噪比值后，通过迭代反应方程计算下一个时隙的功率检测数据包的发送功率，并在资源迭代分配阶段完成后控制发射机的发射功率和数据速率。

17.根据权利要求16所述的在无线自组织网络中基于价格逐步升高的联合执行功率和速率分配的节点，其中所述节点是移动终端。

18.一种在无线自组织网络中基于价格逐步升高的联合执行功率和速率分配控制的方法，包括步骤：

网络中竞争链路的多个发送节点在功率检测时隙发送由前一个功率和速率计算时隙确定功率的功率检测数据包；

各链路的接收节点测定链路的信干噪比，并在功率和速率计算时隙中的随机时间以固定功率将测量的信干噪比结果数据包发送回对应的发送节点；

发送节点通过收集到的本链路的信干噪比信息计算出本节点当前测量的信干噪比与其发射功率的比值α_i，根据α_i所在的区间，利用下面的表达式获得最优化各自收益的功率和传送速率，

$P_i^{\&prime;}={\mathrm{\&Phi;}}_i\left(P_{-i}\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{h_M{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i},& {\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_M-h_{M-1}}{b_M-b_{M-1}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \frac{h_{M-1}{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i},& \frac{h_M-h_{M-1}}{b_M-b_{M-1}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_{M-1}-h_{M-2}}{b_{M-1}-b_{M-2}}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;,& \&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\\ \frac{h_2{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i}& \frac{h_3-h_2}{b_3-b_2}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;\frac{h_2-h_1}{b_2-b_1}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ \frac{h_1{\mathrm{\&gamma;}}_i}{{\mathrm{\&alpha;}}_i}& \frac{h_2-h_1}{b_2-b_1}{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c>{\mathrm{\&alpha;}}_i\&GreaterEqual;{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c;\\ 0,& {\mathrm{\&alpha;}}_i<{\mathrm{\&gamma;}}_{i}c.\end{array}\right.$

其中P_i’是表示使本节点当前收益最大化的新的发射功率，P_-i是由除了P_i以外的其它链路发射功率组成的矢量，α_i表示其它链路带来的干扰状况，等于本节点当前测量的信干噪比与其发射功率的比值，γ_i表示第i条链路以最低速率传输时要求的信干噪比，h_i表示在以第i种速率传输时要求的信干噪比相比于以最低速率传输时要求的信干噪比的倍数，b_i表示在以第i种速率传输时的链路传送速率相比于最低速率的倍数。

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