博弈论方法在混合无线网络中网络选择问题研究中的应用

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1、博弈论方法在混合无线网络中网络选择问题研究中的应用摘要：随着无线网络技术的日益发展以及人们对无线互联的需求，各种适用于不同工作环境的无线网络技术往往共同应用于人��的日常活动区域中。为了提高网络的利用率与最大化自身收益，用户往往会在不同的无线网络中切换，选择最合适网络的进行连接。这种情况下，一个无线网络用户的行为变化会对其他用户的网络环境带来严重的影响。博弈论在分析研究这类情况具有很大的优势。本文简单介绍了博弈论的基本概念，并总结了当前采用博弈论的方法研究解决混合无线网络中网络选择问题的代表的工作。中国

2、8/vie　　关键词：混合无线网络；网络选择；博弈论　　中图分类号：TP391.41　　文献标志码：A　　：2095-2163（2016）06-0141-03　　0引言　　近年来，随着人们对无线网络连接需要的日益增加，适用于不同工作情况与使用环境的无线网络接入技术得到了飞速的发展。这些技术的提升进步满足了人们随时随地能够接入到无线网络中的理想诉求。人们使用的无线网络连接设备，如笔记本电脑、平板电脑、手机等，往往同时配备了多种满足不同通信需求的无线网络接入技术，如适用于近距离通信需要的Zigbee、Blu

3、etooth，以及适用于中远距离通信需要的ax、2G、LTE等。而且，同一地区被多种无线网络覆盖的情况也大大增加了，如办公室、商场或者是家中，这些区域往往普遍配设有无限局域网络与蜂窝网络，而蜂窝网络常常也是由多家移动网络服务商各自优化后、且分别提供的，如中国移动、中国联通等，如此这般的多种无线网络接入技术共存的情况被称为混合无线网络。综上可知，在此背景环境中，人们所能选择的无线网络的数量也必然增加。根据使用环境的各异以及用户需求的不同，人们在选择移动设备所要连接的无线网络时将会综合考虑多种因素，如网络的

4、稳定性、网络能提供的带宽以及使用网络需要付出的代价等。网络选择中的基本问题就是研究在多种无线网络共存的情况下，人们（设备）如何根据自身的需要，选择出最合适的无线网络，以及在选择过程中设备更换无线网络的行为趋势。为了分析解决混合无线网络中不同无线接入技术的选择问题，目前已提出了多种方法，如文献[1-2]提出的最大化用户效用的选择方法，文献[3-5]提出的基于多种属性满足的决策制定方法等等。博弈论作为一种数学工具，常常用于研究分析在人们根据自己的情况选择出最有利的策略时，参与者的行为变化趋势以及不同参与者之

5、间相互影响的情况。在无线网络的研究中，由于博弈论在分析无线网络设备选择不同通信策略时其所获得的收益情况与各个设备行为特点上的优势，越来越多的工作利用博弈理论来解决混合无线网络中的网络选择问题[6-7]。本文总结了目前一些利用博弈理论来解决混合无线网络中的网络选择问题的文章，给出了博弈理论在解决这类问题时的一般方法。　　[JP3][BT4]1博弈论的基本概念以及网络选择问题的博弈模型[JP]　　[BT5]1.1博弈论的基本元素　　在博弈理论中，博弈是由博弈的参与者、参与者所能选择的策略的集合、每个参与者选

6、择某种策略时所获得的收益而构成的优选进化过程，过程中包含着3个基本元素，现对其进行如下定义描述。　　1）参与者。博弈中能够选择自身策略的单位，可以是某一个体、也可以是某一群体，其目标是通过选择某种策略以使自己收益最大化，当目标为削减成本时为最小化。　　2）策略集。策略集中包含了参与者能够选择的所有策略，每轮博弈时参与者将在其中选择一个以指导自己的行为。　　3）收益。参与者选择某个策略时所能获得的效用，该效用由参与者选择的策略与其他参与者选择的策略共同决定。　　[BT5]1.2博弈结果描述方法　　具体地，

7、针对存在多个参与者的博弈描述中，每个参与者将根据收益的大小采取不同的策略，同时某个参与者采取的策略也将影响到其他参与者的收益。当博弈重复进行的时候，各参与者是否可以最终达到某一平衡状态，即参与者是否可以找到一种最合适的策略，使得博弈终止。博弈是否能够终止，以及何时达到终止是博弈论中的重要研究部分。下面将调引最常用的描述博弈终止的状态定义，即纳什均衡状态。　　纳什均衡状态用于描述这样一种情况，即在一个博弈中，所有的参与者都选择好自己的策略后，如果任意一个参与者都不能在其他参与者保持所选策略也不变的前提下，

8、通过改变自身采取的策略使得自己的收益增大。这时，就可说系统达到了纳什平衡状态。　　如果博弈的参与者用集合N={1，2，…，n}来表示，参与者可以选择的策略用集合S来表示，参与者i所选择的策略用si来表示si∈S，那么s*={s1*，s2*，…，sn*}为纳什均衡，当且仅当对任意的i∈N，存在：　　[HT5SS]ui（s*i，s*-i）≥ui（s'i，s*-i）[JY]（1）　　其中，s*-i表示除了参与者i以外其他参与者所选择的策略，ui（