本文關(guān)鍵詞：認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中誠信頻譜拍賣機(jī)制研究

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【摘要】：頻譜是無線通信的重要媒介,是寶貴而稀缺的自然資源。近年來,隨著無線通信的快速發(fā)展,頻譜需求量的不斷增加與頻譜稀缺之間的矛盾日漸加深�；谡J(rèn)知無線電技術(shù)的認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)頻譜共享、緩解頻譜供需矛盾的重要解決方案,其基本思想是允許授權(quán)用戶將空閑的授權(quán)頻譜開放給未授權(quán)用戶使用。該背景下,如何高效地實(shí)現(xiàn)授權(quán)用戶與未授權(quán)用戶之間的頻譜共享成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。頻譜拍賣是借鑒經(jīng)濟(jì)學(xué)中的拍賣方法將空閑頻譜進(jìn)行配置,是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)頻譜共享的有效方法。一方面,授權(quán)用戶通過拍賣可以獲得高利潤收益而更樂意開放空閑頻譜；另一方面,未授權(quán)用戶均有機(jī)會(huì)獲得頻譜以滿足通信需求。這種雙贏局面有效促進(jìn)了認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜拍賣機(jī)制的研究。頻譜拍賣設(shè)計(jì)的挑戰(zhàn)在于既要滿足誠信又要利用頻譜復(fù)用性。前者鼓勵(lì)用戶按頻譜的真實(shí)估值投標(biāo)而不欺騙,以保證拍賣的公平性與高效性。后者表示一個(gè)頻段/信道可同時(shí)分配給多個(gè)用戶,是提高頻譜利用率的核心所在。然而,頻譜復(fù)用性將破壞傳統(tǒng)拍賣設(shè)計(jì)的誠信屬性。同時(shí),頻譜復(fù)用性使得尋求高效的分配方案變得更難。盡管當(dāng)前已有較多研究工作研究了誠信頻譜拍賣機(jī)制,但仍存在一些不足。首先,現(xiàn)有針對單步分配場景設(shè)計(jì)的誠信頻譜拍賣機(jī)制,并未考慮頻譜復(fù)用性,這大大犧牲了頻譜利用率。其次現(xiàn)有研究工作大多專注于滿足誠信屬性,而忽略了其他因素對拍賣設(shè)計(jì)的影響,包括認(rèn)知用戶利用假名投標(biāo)的潛在威脅和拍賣系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效率的重要性。針對上述問題,本文分別進(jìn)行了深入研究并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的高效頻譜拍賣機(jī)制。具體而言,本文的創(chuàng)新性貢獻(xiàn)包括以下幾個(gè)方面：(1)針對認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中頻譜接入的單步分配場景,提出了一種誠信拍賣框架及解決方案TRUMP。在單步分配場景中,用戶可以根據(jù)自身的Qos需求來確定競爭主或次接入權(quán)限。通過分析用戶的QoS需求特征,提出了一種新穎的投標(biāo)語言,支持用戶QoS感知投標(biāo)。隨后證明了該場景下考慮頻譜復(fù)用的最優(yōu)頻譜分配問題是NP難的,并提出了一種多項(xiàng)式時(shí)間的解決方案TRUMP。TRUMP是單步場景下首個(gè)既滿足誠信又利用頻譜復(fù)用的頻譜拍賣機(jī)制。仿真結(jié)果表明,與基于現(xiàn)有機(jī)制的擴(kuò)展設(shè)計(jì)相比,TRUMP能大幅提高拍賣效率與頻譜利用率。(2)針對認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)中用戶利用多個(gè)虛假“身份”投標(biāo)而操縱拍賣的問題,提出了抵制假名的誠信拍賣機(jī)制ALETHEIA。借助于認(rèn)知無線電技術(shù),用戶易于生成多個(gè)“身份”,并利用這些身份投標(biāo)。本文首先通過實(shí)驗(yàn)證明假名投標(biāo)在頻譜拍賣中很容易形成,且會(huì)嚴(yán)重影響拍賣的利潤收益。針對該問題,設(shè)計(jì)了首個(gè)既能抵制假名投標(biāo)又能保證誠信的拍賣機(jī)制ALETHEIA。 ALETHEIA設(shè)計(jì)靈活,運(yùn)算復(fù)雜度低且支持多樣化的頻譜需求模式(包括嚴(yán)格請求和區(qū)間請求)。仿真結(jié)果表明,與基于現(xiàn)有機(jī)制的擴(kuò)展設(shè)計(jì)相比,ALETHEIA能大幅提高拍賣效率和頻譜利用率。(3)針對現(xiàn)有誠信頻譜拍賣機(jī)制難以兼顧系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)效率這一問題,通過引入經(jīng)濟(jì)學(xué)中近似誠信概念,設(shè)計(jì)了近似誠信拍賣機(jī)制。在考慮頻譜復(fù)用的條件下,設(shè)計(jì)最優(yōu)的誠信頻譜機(jī)制通常是NP難的問題。對此,我們適當(dāng)放松誠信的限制,以換取更高的經(jīng)濟(jì)效率,在誠信與效率之間實(shí)現(xiàn)平衡。具體而言,首先提出一種期望誠信的拍賣機(jī)制,保證用戶作弊的額外收益在期望上是非正值。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出一種難以操縱的拍賣機(jī)制,即用戶要獲得任何非負(fù)收益的作弊都是NP難的。這些拍賣機(jī)制雖不是嚴(yán)格誠信的,但卻足以保證用戶不選擇作弊。仿真實(shí)驗(yàn)表明,相比現(xiàn)有的誠信拍賣機(jī)制,近似誠信機(jī)制能有效提高頻譜利用率和經(jīng)濟(jì)效率。
【關(guān)鍵詞】：動(dòng)態(tài)頻譜接入 認(rèn)知無線電網(wǎng)絡(luò) 頻譜共享 機(jī)制設(shè)計(jì) 頻譜拍賣 誠信 假名投標(biāo) 近似誠信
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN925
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-16
• 第一章 緒論16-25
• 1.1 研究背景16-19
• 1.1.1 頻譜供需矛盾日益加劇16-17
• 1.1.2 認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)概述17-19
• 1.2 研究問題與挑戰(zhàn)19-21
• 1.3 本文的工作21-25
• 1.3.1 主要貢獻(xiàn)22-23
• 1.3.2 組織結(jié)構(gòu)23-25
• 第二章 相關(guān)工作25-34
• 2.1 頻譜分配的相關(guān)研究25-29
• 2.1.1 基于博弈論的方法25-27
• 2.1.2 基于市場交易的方法27-29
• 2.1.3 其他方法29
• 2.2 頻譜拍賣29-33
• 2.2.1 基本思想29-30
• 2.2.2 典型算法30-33
• 2.3 本章小結(jié)33-34
• 第三章 QoS感知的誠信頻譜拍賣機(jī)制研究34-55
• 3.1 引言34-35
• 3.2 系統(tǒng)建模35-37
• 3.2.1 QoS感知拍賣35-36
• 3.2.2 網(wǎng)絡(luò)模型36-37
• 3.3 問題描述37-39
• 3.3.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)37-38
• 3.3.2 形式化描述38-39
• 3.3.3 復(fù)雜度分析39
• 3.4 QoS感知的頻譜拍賣機(jī)制設(shè)計(jì)39-48
• 3.4.1 分配算法設(shè)計(jì)40-41
• 3.4.2 定價(jià)算法設(shè)計(jì)41-49
• 3.4.3 理論分析49-48
• 3.5 TRUMP機(jī)制擴(kuò)展48-49
• 3.5.1 分配算法48
• 3.5.2 定價(jià)算法48-49
• 3.5.3 論分析49
• 3.6 性能評估49-54
• 3.6.1 仿真方法49-50
• 3.6.2 頻譜復(fù)用的影響50
• 3.6.3 用戶多樣化的影響50-51
• 3.6.4 TRUMP的性能51-53
• 3.6.5 公平性53-54
• 3.7 本章小結(jié)54-55
• 第四章 抵制假名投標(biāo)的誠信頻譜拍賣機(jī)制研究55-75
• 4.1 引言55-56
• 4.2 系統(tǒng)模型和設(shè)計(jì)目標(biāo)56-58
• 4.2.1 系統(tǒng)模型56-57
• 4.2.2 設(shè)計(jì)目標(biāo)57-58
• 4.3 假名投標(biāo)對頻譜拍賣的影響58-59
• 4.3.1 研究方法58
• 4.3.2 作弊模式58-59
• 4.3.3 假名作弊的影響59
• 4.4 設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)59-63
• 4.4.1 抵制假名與頻譜復(fù)用性60-62
• 4.4.2 一個(gè)簡單的抵制假名拍賣機(jī)制62-63
• 4.5 抵制假名投標(biāo)的頻譜拍賣機(jī)制設(shè)計(jì)63-69
• 4.5.1 ALETHEIA機(jī)制設(shè)計(jì)63-65
• 4.5.2 理論分析65-69
• 4.6 ALETHEIA擴(kuò)展設(shè)計(jì)69-72
• 4.6.1 真值函數(shù)69
• 4.6.2 新作弊模式69-70
• 4.6.3 ALETHEIA-RG設(shè)計(jì)70
• 4.6.4 理論分析70-72
• 4.7 性能評估72-74
• 4.7.1 仿真方法72
• 4.7.2 性能測試72-73
• 4.7.3 代價(jià)測試73-74
• 4.8 本章小結(jié)74-75
• 第五章 基于近似誠信的頻譜拍賣機(jī)制研究75-92
• 5.1 引言75-76
• 5.2 基本知識76-78
• 5.2.1 誠信與VCG機(jī)制77
• 5.2.2 近似誠信77-78
• 5.3 網(wǎng)絡(luò)模型和問題定義78-79
• 5.3.1 網(wǎng)絡(luò)模型78
• 5.3.2 問題定義78-79
• 5.4 期望誠信拍賣機(jī)制設(shè)計(jì)79-84
• 5.4.1 ETEX分配算法79-80
• 5.4.2 ETEX定價(jià)算法80-81
• 5.4.3 理論分析81-84
• 5.5 操縱困難的近似誠信拍賣機(jī)制設(shè)計(jì)84-87
• 5.5.1 HMA分配算法84-85
• 5.5.2 基于VCG的定價(jià)算法85
• 5.5.3 理論分析85-87
• 5.6 性能評估87-91
• 5.6.1 仿真方法87-88
• 5.6.2 近似誠信vs.誠信88-89
• 5.6.3 爬山策略的影響89-90
• 5.6.4 與最優(yōu)結(jié)果比較90-91
• 5.7 本章小結(jié)91-92
• 第六章 總結(jié)與展望92-95
• 6.1 本文的貢獻(xiàn)92-93
• 6.2 未來的研究方向93-95
• 致謝95-97
• 簡歷與科研成果97-100
• 參考文獻(xiàn)100-110

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 馬志W(wǎng)，

本文編號：832681