认知无线网络频谱分配策略的社会最优问题研究.pdfVIP

高技术通讯 2014年 第24卷 第4期：379～385 doi：10．3772／j．issn．1002-0470．2014．04．006 认知无线网络频谱分配策略的社会最优 问题研究① 金顺福②一 肖玉鹏 一 赵 媛 一 (燕山大学信息科学与工程学院 秦皇岛066004) ( 河北省计算机虚拟技术与系统集成重点实验室 秦皇岛066004) 摘 要 结合离散时间排队理论和博弈论，进行 了认知无线网络中频谱分配策略的社会 最优 问题的研究。考虑到主用户(PUs)对次级用户(SUs)数据包的传输中断，建立了一个 带有传输中断及中断重传的排队模型，并使用矩阵几何解的方法进行排队模型的稳态分 析，给出了次级用户数据包的平均延迟。从不可观察的排队规则出发，令次级用户数据包 根据传输所获得的回报及逗留在系统中所花费的代价决定是否加入缓存，揭示次级用户 数据包在个人最优策略下的加入率大于社会最优策略下的加入率。针对不同的数据包到 达率及服务率，通过数值实验，给出了次级用户接入频谱的合理费用，实现频谱分配的社 会最优。 关键词 认知无线网络，频谱分配策略，不可观察排队规则，社会最优，博弈论 模型分析了受到周期性中断的认知网络的性能表 0 引 言 现，给出了不同中断恢复方案、不同信道带宽和不同 服务率下的流量监测指标。以上的研究单从排队理 频谱在无线网络中是稀缺资源。在传统的静态 论的角度分析了次级用户对频谱的使用情况。Li 频谱分配方式下，系统的利用率低下，而认知无线电 将 Naor可观察排队模型应用到认知网络 中，考虑主 频谱共享技术可以有效地解决频谱资源紧张的问 用户对次级用户数据传输的中断，分别给出个人最 题 ¨。在认知网络 中，授权用户 (以下称 主用户 优均衡策略和社会最优策略下的次级用户的最大队 (primaryusers，PUs))拥有频谱授权，具有频谱认知 长，并在此基础上提出了一种计价和 自学习的方法， 能力的未授权用户 (以下称次级用户 (secondaryUS． 使两种策略下的最大队长一致 ’。Do将 Naor模 ers，SUs))可 以使用主用户暂未使用的频谱 。主用 型的研究成果应用到混合填充式／共享式认知网络 户在将暂时不使用的频谱资源出让给次级用户时， 系统中，并分析 了最优排队控制以及计价控制策 可以获得额外的收益 。 略_8J。以上的文献基于可观察排队规则进行了频 研究人员从理论和实践的角度研究了认知无线 谱分配策略优化问题的研究。本文从不可观察排队 网络的频谱使用问题。文献 [3]将排队系统服务中 规则出发，结合离散时间排队理论和博弈论，进行了 断类型分为破坏性 (中断结束后重新开始服务)和 认知网络频谱分配策略的社会最优化 问题研究，给 非破坏性(中断结束后继续先前的服务)两种，分别 出了次级用户接人频谱 的合理费用。 给出了两种中断情况下用户的平均延迟。文献 [4] 基于一个简单的排队中断模型，分别对双服务台单 1 系统模型 队列和单服务台双队列模型进行了稳态分析，给出 了在不同服务率及中断参数情况下次级用户的最大 1．1 带有传输中断和中断重传的排队模型 数据包到达率。文献[5]利用带有服务中断的排队 在集 中式频谱分配策略下，如果有主用户 ① 国家 自然科学基金和河北省 自然科学基金(2012203093)资助项 目。 ② 女，1966年生，博士，教授；研究方向：无线网络资源管理，计算机通信网络的系统建模与性能分析，排队论应用等；联系人。E-mail：jsf @