协作通信中基于博弈论的自私节点激励策略研究

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1、博士学位论文协作通信中基于博弈论的自私节点激励策略研究INCENTIVESTRATEGIESBASEDONGAMETHEORYFORSELFISHNODESINCOOPERATIVECOMMUNICATIONNETWORKS哈尔滨工业大学2016年3月国内图书分类号：TN925.93学校代码：10213国际图书分类号：621.396密级：公开工学博士学位论文协作通信中基于博弈论的自私节点激励策略研究博士研究生：张闯导师：赵洪林申请学位：工学博士学科：信息与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2016年3月授予

2、学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN925.93U.D.C:621.396DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringINCENTIVESTRATEGIESBASEDONGAMETHEORYFORSELFISHNODESINCOOPERATIVECOMMUNICATIONNETWORKSCandidate：ZhangChuangSupervisor：ZhaoHonglinAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEnginee

3、ringSpeciality：InformationandCommunicationEngineeringAffiliation：SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：March,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology-I-摘要摘要协作通信技术通过允许邻近节点共享彼此的天线发送信号，不仅能够形成虚拟的多天线阵列获得空间分集增益，改善接收端的信号质量，还能够形成

4、中继传输模式，扩大信号的覆盖范围。因此，协作通信技术成为了未来无线通信系统对抗多径衰落、提供高质量及高速率服务所需的关键技术。然而，传统的协作通信方面的研究大多是在节点自愿合作的假设上进行的。当网络中的节点属于不同的利益主体（用户或者服务提供商）时，节点为了节约自身的资源表现出“自私”的特性而不参与合作，因此，基于节点自愿合作的假设在实际的网络应用中往往是不现实的。为了使网络中的“自私”节点通过合作来提高工作效率，完成同一通信任务，以期达到“整体大于部分之和”的效应，有必要对激励合作的策略进行研究，进而解决合作的必要性

5、和前提条件、合作伙伴的选取、合作的实施策略及通过合作网络中的节点或整个通信网络得到何种好处等问题。因此，本文针对如何建立一套有效的激励策略来促使网络中的“自私”节点参与合作的研究，以使协作通信技术能够应用于具体的无线通信场景是十分必要和有意义的。针对无线网络中的“自私”节点为了节约自身资源不愿合作这一问题，提出了基于交换带宽资源的激励合作方法。通过网络中的节点分享彼此的带宽资源达到建立合作并提高彼此收益的目的。首先，将节点间的协作带宽分配建模为合作博弈中的谈判问题，通过拉格朗日乘数法得到两个用户基于纳什谈判解（Nash

6、BargainingSolution，NBS）的协作带宽分配；其次，提出了一种新的基于Kalai-Smorodinsky谈判解（Kalai-SmorodinskyBargainingSolution，KSBS）协作带宽分配方法；并提出了两种评价效用公平性的公平指数，对基于NBS策略和KSBS策略的协作带宽分配的公平性进行了研究；最后，在分析了采用不同调制阶数的M-QAM对合作性能的影响的基础上，提出了一种自适应调制KSBS（AdaptiveModulationKSBS，AM-KSBS）合作策略，该策略与非自适应合作策略

7、相比，能够增加节点的合作范围，并保证节点在合作时始终能够获得最佳的合作效用增益。提出了一种基于纳什谈判解的最优价格激励和基于粒子群发射功率优化（OptimalPriceIncentiveAlgorithmbasedonNBSandOptimalTransmitPowerAlgorithmbasedonParticleSwarmOptimization，OPINBS-OTPPSO）的协作算法，解决了激励“自私”节点合作机制中如何激励合作及何时合作的问题。针-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文对第一问题，通过源节点对中继节

8、点转发的数据进行价格补偿，从而达到促使网络中的“自私”节点进行合作的目的。同时，将源节点和中继节点协商价格的过程建模为谈判问题，通过求解得到具有帕累托最优性的激励价格，从而保证源节点和中继节点在合作中获得最佳收益；针对第二个问题，当源节点和中继节点合作获得的收益大于非合作的收益时，双方达成合作；进一步，为了提高源节点和中继节点的收