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基于博弈论的网络接入选择 基于博弈论的网络接入选择 摘 要: 本文提出了利用博弈论的方法解决多用户网络选择的方案，并提出了新型的支付函 数表达形式。现有的网络选择方案大都仅考虑单用户的接入选择情形，但在实际的通信环境 中，经常有多个用户同时请求接入，而博弈论则可以有效的解决多用户的接入选择问题。本 文分析了三种不同博弈类型的网络选择模型，提出了一种新型的支付函数，全面的反映博弈 过程中参与人的得失；在此基础上给出了纳什均衡在基于多用户网络选择中的应用和求解均 衡的方法。 关键词: 异构网络融合，网络接入选择，博弈论 1 引言 在未来的通信环境中，多个异构网络允许被接入，多个用户或多种业务请求接入，这样 就会在多个实体之间形成对资源的竞争状态。这些竞争实体可以是用户与用户之间的竞争 （竞争资源如带宽等）、用户与网络之间的竞争、网络与网络之间的竞争。而博弈论是处理 竞争环境和互动的一个很有效的工具和框架。其它算法如多属性决策算法或效应法等，仅仅 是考虑单个终端（即单用户）接入时的多个性能指标的折中结果，而没有考虑多个终端同时 接入之间的相互影响，缺乏对异构网络资源的考虑。而在通信的复杂环境中，通信实体是相 互影响的，即使算法很准确，但考虑到一些常见的相互制约的情形如多个用户同时要求接入 时，特别是在通信的热点地带（如机场、会场等），常常会出现多个终端同时接入网络的情 况，很容易造成网络拥塞特别严重、吞吐量迅速减少等，导致网络状态迅速恶化，上述算法 所选择的就未必是最佳网络了，而对于多用户博弈论的互动决策的思想，可以考虑到其它通 信实体对本实体接入选择结果的影响，因而可以很好的提高选择的准确性。 目前博弈论的思想和方法已经广泛的应用到了网络领域，如，在[1][2]中提议在无线网络 中用博弈理论的框架来解决带宽分配和接入控制问题。[3][4]将其用于 peer-to-peer、Ad-hoc网 络和资源管理中。本文首先介绍博弈论的基本概念，接着介绍基于不同参与人的网络选择的 博弈论模型，并着重针对移动终端为参与人的情况进行分析，提出新型的支付函数的表示形 式，然后求解纳什均衡，并进行仿真。 2 网络接入选择的博弈论模型 本节主要建立三种不同类型的博弈论接入网络选择模型。三种模型的参与人分别是网络 之间，网络和用户之间，用户和用户之间。假设网络之间是采用紧耦合的融合方式，网络之 间有信息交互，同时终端也完全了解其他终端和各个网络的所有信息。此时可以接入选择建 立为完全信息博弈。完全信息博弈属于非合作博弈中的最基本的类型，各博弈方同时决策， 且所有博弈方对各方支付都了解的博弈。 2.1 网络之间的博弈模型 网络作为“理性”决策者，为了使自己的支付最大化，会“尽力”的争夺用户，为其提供满 意的服务，之间形成竞争。因此网络之间的利益是冲突的。由此可以建立一个非合作、零和、 多回合的博弈。 作为理性的参与人，网络是博弈的实体，选择最好的策略，以最大化他们的支付（利润）。 ‐2‐? 博弈三要素的模型建立如下： 1.参与人集合 网络集合。表示为 N={1,2,…,n}，如 UMTS、WLAN、WiMAX等。 2.策略集合 在此模型中，把网络覆盖范围内的业务请求作为资源，而选定某一个特定的业务进行接 入就是其中的一个策略或是行动。集合记为 S={1,2,…,m}。 3.支付函数 网络 i选择用户 j的支付，或用户 j接入网络 i的支付，记为 ijπ 。在有 n个异构网络覆 盖的区域，m个用户要求接入。任一网络通过选择用户来获得支付，下面以两个网络为例说 明博弈模型的应用，支付矩阵如表 2-1。 表 2-1 以网络为参与人的博弈模型支付矩阵 策略 1 2 3 4 1 #039; #039;#039; 12 12,( )π π #039; #039;#039; 13 13,( )π π #039; #039;#039; 14 14,( )π π 2 #039; #039;#039; 21 21,( )π π #039; #039;#039; 23 23,( )π π #039; #039;#039; 24 24,( )π π 3 #039; #039;#039; 31 31,( )π π #039; #039;#039; 32 32,( )π π #039; #039;#039; 34 34,( )π π 4 #039; #039;#039; 41 41,( )π π #039; #039;#039; 42 42,( )π π #039; #039;#039; 43 43,( )π π 假定一个业务的请求只能接入一个网络，两个网络不能同时选