吉林大学学报(工学版) ›› 2018, Vol. 48 ›› Issue (6): 1879-1886.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb20170329

• • 上一篇    下一篇

协作网络中采用双层博弈的资源分配方案

周彦果1(),张海林1,陈瑞瑞1,周韬2   

  1. 1. 西安电子科技大学 综合业务网理论及关键技术国家重点实验室,西安 710071
    2. 中国电子科技集团公司第三十八研究所,合肥 230088
  • 收稿日期:2017-04-09 出版日期:2018-11-20 发布日期:2018-12-11
  • 作者简介:周彦果(1989-),女,博士研究生.研究方向:5G移动通信.
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目(61671347,61371127)

Two-level game approach based resource allocation scheme in cooperative networks

ZHOU Yan-guo1(),ZHANG Hai-lin1,CHEN Rui-rui1,ZHOU Tao2   

  1. 1. State Key Laboratory of Integrated Services Networks, Xidian University, Xi'an 710071, China
    2. CETC No.38 Research Institute, Hefei 230088,China
  • Received:2017-04-09 Online:2018-11-20 Published:2018-12-11

摘要:

在多源多中继协作网络中,为避免协助同一源节点的中继节点之间过度干扰并实现中继节点的效用最大化,提出了一种在双层博弈框架下的联合功率控制和源节点选择的分布式算法。该算法通过中继节点功率控制的非合作子博弈与源节点选择的演化子博弈交替迭代,在抑制中继节点之间干扰的同时实现了中继节点对源节点的合理选择,并证明了双层博弈纳什均衡的唯一存在性。仿真结果表明,本文提出的双层博弈分布式算法可使系统收敛至纳什均衡。

关键词: 通信技术, 协作网络, 功率控制, 源节点选择, 双层博弈, 分布式算法

Abstract:

In multisource multirelay cooperative networks, to avoid the interference among the relays that assist the same source and maximize the relay utility, we propose the joint power control and source selection distributed algorithm, which is based on two-level game. By using the alternate iterations between the non-cooperative game of power control and the evolutionary game of source selection, the proposed distributed algorithm can effectively suppress the interference and choose the optimal source. Furthermore, we prove that the two-level game model has the unique Nash equilibrium. Simulation results show that the proposed two-level game distributed algorithm can converge to the Nash equilibrium.

Key words: communication technology, cooperative networks, power control, source selection, two-level game, distributed algorithm

中图分类号: 

  • TN925

图1

系统模型"

图2

中继节点发送功率状态"

图3

中继节点的源节点选择状态"

图4

中继节点净效用对比"

图5

GS,D对中继节点净效用的影响"

图6

GS,D对中继节点源节点选择的影响"

[1] Zou Yu-long, Zhu Jia, Wang Xian-bin , et al. Improving physical-layer security in wireless communications using diversity techniques[J]. IEEE Network, 2015,29(1):42-48.
doi: 10.1109/MNET.2015.7018202
[2] Yang Qian-qian, He Shi-bo, Li Jun-kun , et al. Energy-efficient probabilistic area coverage in wireless sensor networks[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2015,64(1):367-377.
doi: 10.1109/TVT.2014.2300181
[3] Cao Bin, Sun Xi, Li Yun , et al. Understanding the impact of employing relay node on wireless networks[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2017,66(5):4287-4299.
doi: 10.1109/TVT.2016.2602501
[4] Cheng Wen-chi, Zhang Hai-lin, Liang Li-pin , et al. Orbital-angular-momentum embedded massive MIMO: achieving multiplicative spectrum-efficiency for mmwave communications[J]. IEEE Access, 2018,6:2732-2745.
doi: 10.1109/ACCESS.2017.2785125
[5] Maric I, Yates R . Bandwidth and power allocation for cooperative strategies in Gaussian relay networks[J]. IEEE Transactions on Information Theory, 2010,56(4):1880-1889.
doi: 10.1109/ACSSC.2004.1399496
[6] Wu Di, Zhu Gang, Zhao Dong-mei, et al. Cross-layer design of joint relay selection and power control scheme in relay-based multi-cell networks [C]//IEEE Wireless Communications and Networking Conference,Quintana Roo, 2011: 251-256.
[7] Xiao Hai-lin, Ouyang Shan . Power control game in multisource multirelay cooperative communication systems with a quality-of-service constraint[J]. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, 2015,16(1):41-50.
doi: 10.1109/TITS.2014.2322932
[8] Baidas M W, MacKenzie A B . An auction mechanism for power allocation in multi-source multi-relay cooperative wireless networks[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications, 2012,11(9):3250-3260.
doi: 10.1109/TWC.2012.071612.111722
[9] Liu Ling-ya, Hua Cun-qing, Chen Cai-lian , et al. Semidistributed relay selection and power allocation for outage minimization in cooperative relaying networks[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2017,66(1):295-305.
doi: 10.1109/TVT.2016.2547179
[10] Wu Dan, Zhou Liang, Cai Yue-ming , et al. Energy-aware dynamic cooperative strategy selection for relay-assisted cellular networks: an evolutionary game approach[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2014,63(9):4659-4669.
doi: 10.1109/TVT.2014.2315785
[11] Zhang Zhao-wei, Zhang Hai-lin . A variable-population evolutionary game model for resource allocation in cooperative cognitive relay networks[J]. IEEE Communications Letters, 2013,17(2):361-364.
doi: 10.1109/LCOMM.2012.122012.122676
[12] Weibull J W. Evolutionary Game Theory[M]. Cambridge: The MIT Press, 1996.
[13] 赵晓晖, 杨伟伟, 金晓光 . 多中继OFDM系统选择性子载波中继和功率分配算法[J]. 吉林大学学报:工学版, 2014,44(2):479-484.
doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb201402032
Zhao Xiao-hui, Yang Wei-wei, Jin Xiao-guang . Selective subcarrier relaying and power allocation algorithm for multi-relay-assisted OFDM systems[J]. Journal of Jilin University (Engineering and Technology Edition), 2014,44(2):479-484.
doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb201402032
[14] Gao Chu-han, Li Yong, Zhao Yu-lei , et al. A two-level game theory approach for joint relay selection and communications[J]. IEEE Transactions on Mobile Computing, 2017,16(10):2697-2711.
doi: 10.1109/TMC.2016.2642190
[15] 周彦果, 张海林, 陈瑞瑞 . 毫微微小区网络中采用双层博弈的资源分配[J]. 西安电子科技大学学报:自然科学版, 2017,44(4):62-68.
doi: 10.3969/j.issn.1001-2400.2017.04.012
Zhou Yan-guo, Zhang Hai-lin, Chen Rui-rui . Two-layered game-theoretic based resource allocation in femtocell networks[J]. Journal of Xidian University, 2017,44(4):62-68.
doi: 10.3969/j.issn.1001-2400.2017.04.012
[1] 牟宗磊, 宋萍, 翟亚宇, 陈晓笑. 分布式测试系统同步触发脉冲传输时延的高精度测量方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1274-1281.
[2] 丁宁, 常玉春, 赵健博, 王超, 杨小天. 基于USB 3.0的高速CMOS图像传感器数据采集系统[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1298-1304.
[3] 孙晓颖, 扈泽正, 杨锦鹏. 基于分层贝叶斯网络的车辆发动机系统电磁脉冲敏感度评估[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1254-1264.
[4] 董颖, 崔梦瑶, 吴昊, 王雨后. 基于能量预测的分簇可充电无线传感器网络充电调度[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(4): 1265-1273.
[5] 陈瑞瑞, 张海林. 三维毫米波通信系统的性能分析[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 605-609.
[6] 张超逸, 李金海, 阎跃鹏. 双门限唐检测改进算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 610-617.
[7] 关济实, 石要武, 邱建文, 单泽彪, 史红伟. α稳定分布特征指数估计算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(2): 618-624.
[8] 孙晓颖, 王震, 杨锦鹏, 扈泽正, 陈建. 基于贝叶斯网络的电子节气门电磁敏感度评估[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 281-289.
[9] 武伟, 王世刚, 赵岩, 韦健, 钟诚. 蜂窝式立体元图像阵列的生成[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 290-294.
[10] 李炜, 李亚洁. 基于离散事件触发通信机制的非均匀传输网络化控制系统故障调节与通信满意协同设计[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 245-258.
[11] 袁建国, 张锡若, 邱飘玉, 王永, 庞宇, 林金朝. OFDM系统中利用循环前缀的非迭代相位噪声抑制算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 295-300.
[12] 王金鹏, 曹帆, 贺晓阳, 邹念育. 基于多址干扰和蜂窝间互扰分布的多载波系统联合接收方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2018, 48(1): 301-305.
[13] 石文孝, 孙浩然, 王少博. 无线Mesh网络信道分配与路由度量联合优化算法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(6): 1918-1925.
[14] 栾文鹏, 刘永磊, 王鹏, 金志刚, 王健. 基于可信平台模块的能源互联网新型统一安全架构[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(6): 1933-1938.
[15] 姜来为, 沙学军, 吴宣利, 张乃通. LTE-A异构网络中新的用户选择接入和资源分配联合方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2017, 47(6): 1926-1932.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 王立国,张晔,陈浩 . 基于鲁棒支持向量机的光谱解译[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(01): 155 -159 .
[2] 包铁,刘淑芬 . 基于通信顺序进程的网络故障管理形式化描述[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(01): 117 -120 .
[3] 程平,张海涛,高岩,李俊锋,王洪艳 . ANN在聚丙烯酸酯乳液性质预测中的应用
[J]. 吉林大学学报(工学版), 2007, 37(02): 362 -0366 .
[4] 张大庆;何清华;郝鹏;陈欠根 . 液压挖掘机铲斗轨迹跟踪的鲁棒控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(06): 934 -938 .
[5] 梁继才,李义,李忠然,张巍,柳承德 . 汽车保险杠树脂传递模塑工艺充模过程的数值模拟[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(增刊2): 15 -19 .
[6] 于德新,杨兆升,陈林. 城市主干道的多路口模糊协调控制[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(增刊1): 148 -0152 .
[7] 王健,葛安林,雷雨龙,田华,杨建华. 基于三维流动理论的液力变矩器设计流程[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(03): 315 -0320 .
[8] 刘治华,,贾宏光,白越,,吴一辉,詹迪铌,杨作起,. 集成化储能与姿态控制系统中飞轮高精度测速方法[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(增刊1): 99 -0104 .
[9] 徐安,乔向明. 基于更新理论的复杂设备故障率表达[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(03): 359 -0362 .
[10] 詹军. 用于自适应巡航控制的汽车纵向动力学模型的建立[J]. 吉林大学学报(工学版), 2006, 36(02): 157 -0160 .