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面向蜂窝—D2D混合场景的双层博弈匹配算法

更新时间：2019-12-07 23:07:04 大小：2M 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：d2d 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

随着无线技术的迅猛发展,无线接入网络进入新的阶段,即第五代(5G)移动通信系统阶段.多种技术场景并存的5G环境具有异构性和动态性的特点,对无线资源管理提出了严峻的挑战.如何实现网络资源与用户需求之间的最佳匹配变得尤为重要.因此,5G环境下无线资源匹配算法已成为当前研究热点.提出一种面向蜂窝—D2D混合场景的双层博弈匹配算法,建立基于用户体验质量的公平性匹配模型,采用双层的匹配博弈理论加以求解,通过仿真验证所提算法的有效性,结果证明了所提算法的可行性.

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面向蜂窝一D2D混合场景的双层博弈匹配算法

姚天，张晖

(南京邮电大学，江苏南京210003)

摘要：随着无线技术的迅猛发展，无线接入网络进入新的阶段，即第五代(5G)移动通信系统阶段。多种

技术场景并存的5G环境具有异构性和动态性的特点，对无线资源管理提出了严峻的挑战。如何实现网络资源

与用户需求之间的最佳匹配变得尤为重要。因此，5G环境下无线资源匹配算法已成为当前研究热点。提出一

种面向蜂窝一D2D混合场景的双层博弈匹配算法，建立基于用户体验质量的公平性匹配模型，采用双层的匹

配博亦理论加以求解，通过仿真验证所提算法的有效性，结果证明了所提算法的可行性。

关键词：5G环境；蜂窝场景；D2D场景；资源匹配；匹配博弈

中图分类号：TN915

文献标识码：A

doi：10．119590．issn．1000—0801．2018027

in cellular--D2D

scenario

^bilevelgamematching algorithm

hybrid

YAO_Tian，ZHANGHui

ofPosts and

wireless

University

Telecommunications，Nanjing 210003，China

Nanjing

access networks enter the 5G

Abstract：With the

rapid development

technologies，wireless

system phase．

for wireless

dynamic，causing great challenges

and

5G environment with various technical scenarios is

heterogeneous

network resources and user

resource

to achieve the

between

optimal matching

significant

management．Hence，it

have one of the hottest re—

become

resource

in 5G environment

demands．Therefore，wireless

search directions．A bilevel

model

matching algorithms

QoE ^based

in cellular-D2D

scenario was

proposed：a

game matching algorithm

user fairness was

hybrid

bilevel

was used to solve this

theory

constructed，the

matching

considering

matching game

the effectiveness

was verified

simulations．

through

ofproposed algorithm

optimization problem，and

words：5G

environment，cellular scenario，D2D scenario，resource matching，matching game

Key

收稿日期：2017-06—13；修回日期：2017-1卜17

通信作者：张晖，zhhjoice@126．com

基金项目：国家自然科学基金资助项目(No．61471203)；江苏省“六大人才高峰”项目(No．RJFW-024)；江苏省“青蓝工程’硕日(No．2016)；

南京邮电大学“1311”人才计划基金资助项目(No．2015)；通信与网络技术国家工程研究中心开放课题(No．TXKYl7002)；江苏省计算

机信息处理技术重点实验室开放课题(No．KJSl518)；国家科技重大专项基金资助项目(No．2012zx03001008—003)

Science Foundation of

Talent Peaks

Jiangsu

Province

of Na—

Foundation Items：The National Natural

Lan

China(No．61471203)，Six

_6)，“13 Talent

Project

Project”ofJiangsu Province(No．20¹

Program”ofNJUPT(No．20¹5)，Open Project

(No．RJFW-024)，“Qing

of Communications and

Research Center

Provincial

Key

tional

Networking(No．TXKYl7002)，Open Project

Jiangsu

Engineering

for

Information

Computer

Processing Technology(No．KJSl518)，National Science&Technology Major Project

Laboratory

(No．2012ZX03001008—003、

2018027．1

万方数据

· 44·

研究与开发

效用最优化的算法。

引言

在过去的数十年里，移动通信已经彻底地改

本文研究的匹配算法属于第二层网络侧优化

算法，对于5G环境下的信道分配问题，现有的研

究主要采用凸优化算法[8】、贪心算法【9】和基于博弈

论的算法‘10。121。其中基于博弈论的算法应用较为

广泛，例如非合作博弈理论常被用于分布式地解

决在D2D通信中的资源分配问题【l孓15]，但从这个

模型中得到纳什均衡是单边不稳定的。相比较而

言，以匹配博弈理论为基础的资源分配提供了一

种分布式自组织的双边稳定的匹配。匹配博弈理

论最初用于经济学领域，用以解决如婚姻匹配、

大学录取等双边的匹配问题¨ 川。随着匹配博弈理

论的发展，越来越多的学者将其用于无线通信领

域中，用以解决无线资源匹配问题【l 71，突破了博

弈论的很多局限性。

变了人们的生活方式，但人们对于更高性能的移

动通信系统的追求却从未止步。为了适应未来5G

系统连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接

和低时延高可靠的技术场景，在移动物联网和互

联网发展的驱动下，移动通信系统进入新的发展

阶段，即第五代(5G)移动通信系统阶段[1-4]。

在移动通信系统应对多样化的业务需求和不

断提升的速率要求时，频谱资源、能耗和部署成

本等成为移动通信系统发展的主要制约条件。与

此同时，5G移动通信系统具有动态性和异构性等

特点，均对无线资源管理提出了严峻的挑战。因

此，5G环境下无线资源管理问题成为当前无线通

信领域中的研究热点。

参考文献[18】提出了基于匹配博弈理论，为基

站中蜂窝用户分配信道的算法。ZHOU Y等人[19】

无线资源管理问题本质上是指无线资源和

用户的业务需求之间的匹配问题。无线资源的匹

配算法可以分为3个层次：第一层业务侧优化算

法，即通过降低用户体验质量，自适应地优化业

务传输的指标要求，实现业务需求与给定网络资

提出了基于博弈理论的D2D通信环境下以系统能

耗作为优化指标，采用迭代的方法对频谱和功率

进行联合分配的算法。而在参考文献[201中，提出

了一种以系统的吞吐量为优化指标，基于多对多

源的匹配，例如，参考文献[5】中提出了一种在带

宽有限的情况下，根据不同用户的最低需求来调

节用户的速率，寻求系统总体效用最大化的速率

匹配博弈理论的D2D用户信道分配算法。这些算

法均提供了易于实现的架构，以解决NP难无线

资源分配问题。

分配方案；第二层网络侧优化算法，是指通过对

网络资源的最优匹配实现某种网络性能目标(吞

吐量，系统传输时延)，从而保障用户的业务需

但是，上述参考文献提出的算法中，没有考

虑5G蜂窝一D2D混合场景下同时为蜂窝用户和

D2D用户分配信道的问题，同时它们大多都是以

系统的吞吐量为优化指标，且没有考虑到用户的

公平性问题。而5G环境下，作为关键技术之一的

D2D通信技术在提高系统容量和频率利用率的同

时，也为蜂窝用户引进了干扰，极大地提高了不

同用户信道分配的复杂度。同时，5G通信系统以

用户体验为导向，一味追求系统的吞吐量已不再

求，目前这一类匹配是研究的重点，以参考文献[6]

中给出的算法为例，将系统吞吐量作为优化指

标，采用联盟博弈算法来解决多个D2D用户和

蜂窝用户的上行资源分配问题；第三层网络和业

务匹配算法，通过从网络侧与业务侧的联合优

化，以最小的资源量和最优的分配方式来保障用

户的业务体验质量，参考文献[7]给出了根据网络

状态适时调整传输负载，然后在满足传输时延要

求的情况下，通过优化资源调度方案使系统总体

适用，因此本文提出了一种面向蜂窝一D2D混合

场景的双层博弈匹配算法，建立了基于体验质量

(QoE)的公平性匹配模型。

2018027．2

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