基于博弈论的协作通信中继节点选择

摘要

协作通信是适用于单天线用户的一种空间分集技术，它可以在不增加设备复杂度和网络基础设施的情况下提高无线系统的传输性能。协作通信技术能使系统在获得高分集增益的同时提高网络整体的吞吐量。除此之外，随着协作通信技术的引入，无线传输的覆盖范围可以得到扩大，系统功率消耗也会相应减少。作为无线通信的研究热点，协作通信技术已成为下一代无线网络的关键优化技术之一。
　　在协作通信中，源节点可以选择一个或者多个中继节点来进行协作传输，中继选择问题成为影响协作通信性能的关键。现有的中继选择方案大多固定了中继选择的数目，不适合动态的无线网络环境。本文基于联盟博弈框架，对动态环境下的中继选择问题进行了研究，其研究重点如下：
　　1.利用联盟博弈理论对中继选择问题进行建模。在博弈论理论中，联盟博弈强调群体理性，处于联盟中的成员为达到共同目的同时做出决策。协作网络采用中继节点提高网络性能，其本质是通过源节点与中继节点的协作而达到最大化系统共同利益的目的。因此，联盟博弈能很好的表现动态环境下的中继选择问题。
　　2.针对单源节点多中继节点的动态网络场景，将最优中继选择问题建模为一个联盟博弈问题，并提出基于蚁群的联盟形成算法。仿真结果表明提出的算法能使系统中的源节点与中继节点结成最优的联盟，提高系统吞吐量。
　　3.针对多源节点多中继节点的动态网络场景，采用联盟博弈来建模，设计了基于分裂组合规则的联盟形成算法。该算法较大降低了联盟形成的复杂度，并且简单易于实现。仿真结果表明此算法能使系统中的多个源节点分别与相应中继节点结成最优联盟，并使整个系统的吞吐量得到提高。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

第1章 绪论

1.1 研究背景与课题意义

1.2 中继节点选择算法研究现状

1.2.1 单中继协作方案

1.2.2 多中继协作方案

1.3 本文的研究内容及主要工作

1.4 本文结构

第2章 协作通信与博弈论技术概况

2.1 协作通信介绍

2.2 协作通信协议

2.2.1 固定中继协作策略

2.2.2 选择中继协作策略

2.2.3 增量中继协作策略

2.3 中继协作模型概括

2.3.1 单中继协作模型

2.3.2 多中继协作模型

2.4 博弈论基础

2.4.1 博弈论定义

2.4.2 博弈论分类

2.4.3 博弈论模型

2.5 联盟博弈

2.5.1 联盟博弈模型

2.5.2 联盟博弈的分配

3.2.3 稳定集的定义

2.6 联盟博弈在无线通信中的应用

2.6.1 联盟博弈在协作通信中的研究

2.6.2 联盟博弈在本文中的应用

2.6.3 联盟博弈在无线网络中的其他应用

2.7 小结

第3章 单源多中继场景下的中继选择

3.1 系统模型

3.1.1 协作通信方案

3.1.2 系统模型

3.2 基于联盟博弈的问题建模

3.3 算法设计

3.3.1 蚁群算法的基本思想

3.3.2 算法详细设计

3.4 仿真实验

3.5 小结

第4章 多源多中继场景下的中继选择

4.1 系统模型

4.1.1 协作通信方案

4.1.2 系统模型

4.2 算法设计

4.3 仿真实验

4.4 小结

结论

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录B 攻读学位期间所参与的科研活动