基于隐马尔可夫预测的非对称信息功率博弈机制

为了解决无线资源竞争中功率博弈的博弈者获得的环境信息具有非对称性问题,提出了一种基于隐马尔可夫预测的功率博弈机制。该机制通过建立隐马尔可夫预测模型(HMPM)判断博弈的对手是否参与博弈,从而提高博弈的信息准确度;然后利用预测获得的信息通过代价函数计算最佳发射功率。仿真结果表明,与最大后验概率法(MAP)和不预测法(NP)相比,基于隐马尔可夫预测的功率博弈模型能够在满足目标容量的同时,较好地提高非授权用户的功率效率。     

基于博弈论的认知无线电频谱分配

为了解决频谱分配中的授权用户定价博弈问题,根据博弈论中的Bertrand均衡理论,提出了基于Bertrand模型的授权用户信道价格竞争的动态博弈算法。分析了稳定的纳什均衡解与速率调整参数的关系,用控制理论中阶跃函数研究价格无震荡博弈过程,提出了三值法确定阶跃响应参数。仿真结果表明,当数率调整参数在小于0.04时,可以获得稳定的信道价格;同时,验证了用阶跃函数分析无震荡博弈过程的可行性,方便授权用户快速实时定价,带来更大的经济效益。     

认知Mesh网络中的多信道MAC协议设计

现有认知无线Mesh网动态信道接入协议在利用空闲授权信道进行数据传输时,冲突概率较大。为此,提出一种基于声望模型的信道分配算法。该算法通过对各个授权信道传输的历史经验进行学习,使认知用户能够获取每个授权信道的声望值。在信道协商阶段,接收方认知用户根据信道的声望值大小,从可用信道集合中选取出期望传输成功率最高的信道,能较好地减少多个认知用户在同一空闲授权信道上的竞争,并有效降低认知用户与主用户发生冲突的概率。仿真结果表明,该算法能有效提高认知用户传输数据报文的成功率,增加网络的整体吞吐量。     

基于多径信道随机延时的物理层全算法

针对无线通信遇到的第三方窃听问题,利用无线通信系统信道多径延时丰富的特征,提出了一种保证物理层安全传输的加密算法。该算法中,数据发送用户根据估计的多径延时信息随机提前符号发送时间,使授权用户的同步位置有较强的多径信号到达,授权接收用户在保持同步状态不变的情况下可以正常接收信息。而窃听用户具有不同的信道多径延时特征,接收到的信号幅度和相位会随机变化,难以进行同步跟踪,因此接收到的符号会产生大量的误码,从而提高授权用户之间的安全传输性能。仿真结果表明,该算法能有效提高窃听方的误码率,提高授权用户通信的安全性,从而可在多径环境中有效保证物理层通信安全。     

SWIPT网络中保障物理层安全的保密能量效率优化

针对下行多用户携能通信网络中具有非线性特征的能量收集过程,提出了一种使用连续凸逼近方法的能量收集方案.该方案考虑授权用户对信息的安全性要求,构造了具有最大化保密能量效率的优化问题,联合优化了多用户的保密速率与网络能耗.为求解该多变量耦合的非凸优化问题,采用泰勒级数转换非凸函数,在连续凸逼近和Dinkelbach理论框架内,设计了满足最大保密能量效率要求的资源分配算法,获得了授权用户所需的最小输入功率.仿真实验的结果验证了该算法在最优化系统保密能量效率上的有效性.为多输入多输出或无法获得完整信道状态信息等更真实无线携能通信网络中通信安全及能量效率的研究提供了依据.     

动态频谱接入无线传输性能分析*

动态频谱接入技术允许非授权用户利用已授权分配频谱信道的空闲空隙完成数据传输,但是要求不能对授权用户的信道传输造成严重影响。在两种不同的频谱信道共享策略下,利用排队分析模型,对采用动态频谱接入技术的非授权用户的链路传输性能以及对授权用户的传输影响进行了分析,并讨论了非授权用户性能的优化。尽管增加可利用的授权频谱信道的数量可以改善非授权用户的传输性能,但是其传输吞吐量的增加只能趋近于一个上界值。     

协作认知无线网络中的功率优化及中继选择策略

近年来,认知无线电技术与协作通信技术相结合,具有在平坦衰落无线信道环境中增加用户吞吐量,提高频谱利用率等优势,因而被广泛研究与应用。如何在协作认知网络中有效的实现主要用户和认知用户的频谱共享,亦即如何在众多的认知用户中选择合适的认知中继集是一个基本的问题。本文通过确定并优化主要用户和认知用户效用函数来解决该问题,因采用了纳什均衡理论,故称之为基于博弈论的多中继选择算法(Multiple Relay Selection based on Game Theory ,GTMRS)。在任一认知中继集合中,认知用户之间能够形成非合作功率的博弈模型, 可基于纳什均衡得到认知用户的优化协作功率分配算法。在寻找一组确定的中继集合来实现主要用户效用的最大化过程中,文章引入了修改的信道调和平均数因子,其目的是移除信噪比较小的中继节点,以最大化系统的信噪比。仿真结果显示,该算法能够使更多的认知用户接入到授权频谱中,同时使得主要用户获得更大的效用以及传输速率。因此,基于博弈的多中继选择算法能够有效选择合适的认知中继,并获得主要用户和认知用户在效用上的最优化。     

多射频无线网络中多信道分配方法的研究

针对多射频多信道无线网络信道分配中用户收益不均衡和网络资源利用率低的问题,给出了一种基于博弈论的信道分配策略,该策略在考虑信道分配有效性、公平性的同时,基于不完美信息博弈,给出了一种使网络负载更均衡的算法,并通过实验仿真验证了算法的鲁棒性和有效性。     

认知无线网络中多信道频谱感知周期优化算法

为了使认知无线电次用户发现并使用更多的空闲频谱资源,提出了一种多信道频谱感知周期优化算法。针对实际网络中各授权信道使用规律的不同,本文基于交替更新理论建立了多信道状态转移模型,将各信道感知周期的选取建模为一个带约束条件的多目标优化问题,并采用遗传算法对其求解,获得了相对较优的多信道感知周期向量。仿真结果表明,本文提出的目标函数能够有效衡量多信道空闲频谱资源检测率。当目标网络中包含8个授权信道时,所提算法可发现的空闲频谱资源占实际空闲频谱资源的68.23%,相对于以相同周期对各信道进行频谱感知的OFDM机制提高17.68%。     

认知无线电协作频谱感知机制的优化

频谱感知的目标是在尽量避免对主用户造成干扰的条件下为感知用户提供尽可能多的频谱接入机会。由于单用户频谱检测算法的局限性,协作频谱感知被提了出来。在满足对主用户干扰限度的条件下,为了使单个授权信道的频谱感知效率达到最大,引入一种新的协作频谱感知机制,联合优化包括感知时间、传输时间、参与协作的感知用户数目在内的感知参数,并通过穷尽搜索算法得到最优解。在此基础上研究了多个授权信道情况下的频谱感知效率问题,提出了一种授权信道选择分配方案。仿真结果验证了所提方法的有效性。     

Femtocell网络的鲁棒议价博弈功率控制

针对具有不完美信道状态信息的Femtocell双层网络，为了保证网络效用最大化、最小服务质量要求及Femtocell用户之间的效用公平，提出了基于议价博弈的鲁棒功率控制方案.在保证宏小区用户正常传输情况下，考虑到Femtocell家庭用户的最小服务质量要求，将Femtocell网络的鲁棒功率控制问题转化为议价博弈功率控制问题.为了保证Femtocell家庭用户之间的公平性，给出了Kalai-Smorodinsky（K-S）议价博弈解，证明了议价博弈解的存在性和唯一性，并提出了一种基于二分查找算法的分布式鲁棒功率控制方案.仿真结果表明，所提出的算法不仅具有较好的收敛性能，而且能够较好地保证用户之间的公平性.     

CNR中基于多用户Q学习的联合信道选择和功率控制

针对认知无线网络中多用户资源分配时需要大量信道和功率策略信息交互,并且占用和耗费了大规模系统资源的问题,通过非合作博弈模型对用户的策略进行了研究,提出一种基于多用户Q学习的联合信道选择和功率控制算法。用户在自学习过程中将采用统一的策略,仅通过观察自己的回报来进行Q学习,并逐渐收敛到最优信道和功率分配的最优集合。仿真结果表明,该算法可以高概率地收敛到纳什均衡,用户通过信道选择得到的整体回报非常接近最大整体回报值。     

D2D网络中基于分簇的无线资源分配机制

针对用户设备电池寿命有限的问题,提出了一种基于分簇的资源分配机制。该机制结合图着色原理对D2D用户分簇;随后根据分簇结果,采用拍卖算法为D2D簇分配信道;利用非合作博弈论模型对完成信道分配的用户进行功率分配。仿真结果表明,该机制有效地延长了电池寿命,提升了用户的能量效率,同时满足了用户传输速率的需求,保证了用户获得更高的QoS。     

认知无线网络的Rubinstein博弈频谱共享方法研究

针对传统的功率控制算法限制认知用户的发射功率而影响其服务质量(Quality of Service, QoS)的问题,提出了一种基于功率控制的多人Rubinstein博弈频谱分配算法。该算法通过牛顿迭代公式降低认知用户的发射功率并依据各个用户间的干扰得到相应的链路质量;将经济学中的贴现因子与用户的链路质量建立映射关系;通过链路质量调整认知用户子博弈顺序使得网络总传输速率达到一个相对稳定的状态。仿真结果表明:多个认知用户在同一信道下共享频谱时,采用多人Rubinstein博弈算法对系统的总传输速率有明显的提升,使系统处于稳定且高速的传输状态并节省了一半以上的频谱分配时间。     

Subcarrier and power allocation for OFDMA-based multicast cellular networks using a coalitional game

The subcarrier and power allocation problem for orthogonal frequency-division multiple access (OFDMA)-based multicast cellular networks is investigated in this paper. Due to the intrinsic heterogeneity of the channel gains experienced by different multicast users, the conventional multicast schemes are highly conservative and spectrally inefficient. To address this issue, a novel multicast formulation is proposed where multiuser diversity inherent in OFDMA can be adaptively exploited by clustering users within a multicast group into smaller subgroups based on their channel gains. Subcarriers and power are then dynamically allocated to these subgroups to maximize the total multicast rate of the system. Coalitional game theory is adopted to model the group formation in which users can autonomously form coalitions with other users to compete for network resources. A low-complexity algorithm is proposed for the multicast coalitional game to reach multicoalitional equilibrium in which a sub-optimal performance can be obtained. Simulation results demonstrate that the proposed scheme outperforms the conventional unicast and multicast schemes while achieving a sub-optimal performance comparable to the exhaustive search scheme.     

Channel allocation and power control schemes for cross-tier 3GPP LTE networks to support multimedia applications

In this paper, we present the framework of a channel allocation (CA) and power control (PC) schemes for the minimization of interference in cross-tier 3GPP LTE networks that aim to support internet of multimedia things. Channel allocation scheme based on an interference graph preserving the minimum number of interfered MUEs by femtocells (IG-MIM) is proposed to mitigate interference amongst femtocells, and a game theory based power control algorithm is also proposed to reduce interference to surrounding macrocell users (MUEs). The proposed IG-MIM scheme constructs the interference graph based on a predefined threshold and allocates the subchannels to the femtocells that maintain the smallest number of interfered MUEs. For the power control, we design a payoff function based on the rewards from the achieved data rates and the penalties from the interference in regards to its adjacent femtocells. The simulation results show that the IG-MIM channel allocation significantly improves the SINR performance for the femtocell users (FUEs) being served; the game theory based power control decreases the power requirements of a femtocell and alleviates the interference to the MUEs.     

一种异构多接口多信道无线网络的信道分配算法

多接口多信道技术是无线网络环境中减少链路干扰、提高网络吞吐量的有效途径,但如何合理有效地进行信道分配已成为多接口多信道无线网络所面临的主要问题之一.针对自私的网络节点,本文使用非合作博弈对异构条件下多接口节点的信道分配问题进行建模分析,其纳什均衡解为解决该问题所需的稳定的信道分配方案.本文首先讨论纳什均衡的存在条件并提出实现纳什均衡的分布式算法.此外,考虑到实际网络中节点仅能感知局部信道信息以及接口工作信道受限等因素,本文进一步改进算法并通过仿真实验对其收敛性进行证明.     

A novel multi-channel MAC protocol with directional antenna for enhancing spatial reuse and bandwidth utilization in WLANs

This paper aims at developing an efficient MAC protocol for wireless LAN by considering multi-channel and directional antennae. Extending IEEE 802.11 to a multi-channel environment not only exploits the bandwidth utilization but also reduces the degree of contentions. Involving directional antennae in designing multi-channel MAC protocol additionally increases the spatial reuse, allowing more parallel communications. This study proposes an efficient Multi-Channel MAC protocol with a Directional Antenna (MCDA) for WLAN. Since each station is only equipped with a single antenna, communicating pairs that progress their communications on data channels cannot maintain the channel usage information which is only obtained from the control channel, raising the channel collision problem. The proposed protocol adopts the channel switch sequence (CSS) mechanism to cope with the channel collision problem and to reduce message exchange overhead for switching channels. According to the state management, MCDA then controls directional antenna transmitting data on a selected channel to exploit the opportunities of spatial reuse, and to maintain fairness among communicating pairs. Simulation results show that the proposed MCDA protocol maintains the fairness and significantly improves bandwidth utilization and throughput.     

多源融合信息泄漏检测方法

密码设备的侧信息泄漏检测是侧信道分析中的重要技术环节,旨在客观地评估密码设备的物理安全性。不同类型的侧信息在密码设备运行过程中同时存在,仅仅从单源侧信息的视角进行信息泄漏检测难以全面反映密码设备的真实泄漏威胁情况。因此,发展基于多源侧信息的融合信息泄漏检测方法,建立综合利用多源侧信息的泄漏检测方法体系,以期实现对密码设备物理安全性更全面、更客观地评估,是一种现实技术需求。本文基于如何融合利用多个信道的侧信息提出了3种多源融合信息泄漏检测方案：多源简单融合信息泄漏检测、多源时频融合信息泄漏检测以及基于多元T检验的多源信息泄漏检测。其中,多源简单融合信息泄漏检测在时域上组合利用多个信道的侧信息;多源时频融合信息泄漏检测综合利用了多个信道侧信息的时域信息及频域信息;基于多元T检验的多源信息泄漏检测基于多元假设检验方案构造。对比单源的信息泄漏检测方案,模拟实验和真实实验结果表明本文提出的多源融合信息泄漏检测方案可以降低检测出泄漏所需的侧信息数量,提高泄漏检测的效率。