基于Stackelberg博弈的无线资源分配算法-论文.pdf

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1、2015年第6期信息通信2015(总第150期)1NFORMATIoN&COMMUNICATIoNS(Sum．No150)基于Stackelberg博弈的无线资源分配算法林菁，姜其岩(1．贵州大学大数据与信息工程学院，贵州贵阳550025；2．贵州大学继续教育学院，贵州贵阳550025)摘要：4G系统可以随意更改速率控制方案以满足网络应用的需要，这样在传输协议中系统不遵守速率控制规则的行为更使得4G系统能耗大大提高。针对此4G系统接入选择问题，结合单跟随者Stackelberg博弈模型，文章提出了一种使用简单的效用函数和线性代价函数的4G系统无线资源分配算法，理论证明了其

2、收敛的特性，而且通过仿真对基于Stac．kelberg博弈的4G系统无线资源分配算法的运行结果进行评价，证明了该算法在纳什均衡态的稳定性，取得了4G系统的最优传输效能策略和子博弈完美纳什均衡。关键词：Stackelberg博弈；无线资源分配；效用函数；净效用函数；代价函数中图分类号：TN92文献标识码：A文章编号：1673．113l(2015)06．0007．04舀0引言如果网络系统依据博弈策略调整传输速率，按照速率策略：进行传输数据，其中x：≤c，此时，所能获得的效用最优。记4G未来无线通信网络的发展趋势之一是多种接入技术共存并相互融合。在4G系统过程中，无线网络间在通

3、信的过程中系统传输链路上的传输速率总和为=，则报文通过链路存在着隐性的竞争关系“，现实的网络系统往往由很多自私非的平均延时为合作的控制任务和集中式控制任务混合组成，4G系统的角色并不平等。此时4G系统是分等级的，存在某些无线网络制定．整个网络的策略，其他网络只能跟随这些策略，所以无线网络之间的这种交互特性是一种典型的Stackelberg博弈问题。在4G系统中的传输影响因素博弈中，网络传输双方都是l基于Stackelberg博弈框架的4G系统选择方法依据自己的效用最优为目标进行优化。2．1效用函数1．1基于Stackelberg博弈的4G系统框架效用反映了一个博弈的参与者

4、在选择的策略下的收益大基于Stackelberg博弈的4G系统接入选择策略，其系统框小，效用通过基于策略的效用函数来描述。本文中效用函数架如图1所示。参考了文献[3】提出的网络“能量”(能量=吞吐率／传输延迟)的性能指标和文献[4】的改进“能量”函数，在进行4G系统博弈时同时考虑延迟和吞吐率。客户端的效用函数为吞吐率+，“’=一●———7。_，传输时延r‘‘式中平衡因子属∈(0，1】，是在博弈中客户端传输速率的图1基于Stackelberg博弈的4G系统框架只使用效用函数的算法收敛得到的并不一定是Pareto最1．2基于Stackelberg博弈的4G系统无线资源分配算法

5、优，所以，需要定义一个代价函数来表明达到一定传输速率所定义1基于Stackelberg博弈的4G系统无线资源分配要付出的代价。该代价函数是网络传输速率x的函数，且随算法定义A=(T，{Vj．j)，{UIlj(·)))，式中T=(t，tj)是系统的传输着X；的增加而增加。本文采用线性函数，即定义客户端的代时延；VI．j是战略集合，u．

6、j(·)是系统的净效用函数。价函数为：定义2对任意客户端i，任意∈，∈，有(，，U=(+1，，)(3)‘)(，，)则传输速率向量=(，'，：)为4G系统无线式中是一个常数，表示在传输速率X下的代价因子。资源分配算法AT，{vI’{)，{U_’

7、j(·)})的纳什均衡。这样得到客户端i的净效用函数可以表示为：2博弈模型和算法描述【，，)：一：丑+(4)在4G系统过程中，影响能耗的因素有传输速率、时延和业务处理等等。根据信息论可知，传输速率越低，则能量消耗越小。在满足业务延时要求的前提下，用尽量低的速率进行网络服务端j的效用函数为：传输可以获得较高的能效。所以针对4G系统这一通信过程来说，最主要的就是传输速率和传输时延的影响。甭丽：：—(5)假设4G系统传输链路上应用流rll是报文到达速率为xm式中平衡因子B∈(O，1】J，岛是在博弈中网络服务端j传的泊松业务流。当xm≥e(e为4G系统分配带宽)时，如果网络输速率

8、的匹配因子。系统按照传输速率策略x：进行传输，传输链路将会发生拥塞；网络服务端j的代价函数为：7信息通信林菁等：基于Stackelberg博弈的无线资源分配算法最终收敛到零。=(1；+)(6)2．3基于Stackelberg博弈的4G系统传输问题的求解式中是一个常数，表示在传输速率策略为vi下的代价因子。本文参考文献[7】提出的分布式迭代算法，来获取Stac．这样得到网络服务端j的净效用函数可以表示为：kelberg博弈的子博弈完美纳什均衡解。==!(7)假定在时刻t时客户端i的传输速率策略为xi，这时网络服务端j需要调节自身