无线网络中的频谱资源二次分配机制研究

Spectrum auction, which can improve the efficiency of spectrum utilization by re-allocating spectrum resources in secondary spectrum markets, is one of the most promising methods to deal with the increasing scarcity of spectrum resources in current wireless networks. However, the existing researches cannot meet the real demands of secondary spectrum auction markets due to some shortcomings. For instance, they only realized the single-dimension spectrum reuse, while ignoring the multi-dimension spectrum reuse in time and space. Moreover, they have not designed any optimal or near-optimal spectrum auction mechanisms based on the temporal and spatial spectrum reuse so as to lead to an inefficient spectrum utilization. In order to address above problems, this project will study the spectrum (re)allocation in secondary spectrum markets and design the auction mechanisms based on the temporal and spatial spectrum reuse, which can optimize some economic metrics, such as the social welfare, the seller revenue, or the transaction price. The main issues in this project include the offline single-sided auction and double auction of the unused and well-used spectrums, and the online real-time auction of the randomly used spectrums. Through the research of this project, we expect to propose a series of effective spectrum auction mechanisms in accordance with the demands of real secondary spectrum markets, with solid theoretical analysis and extensive simulation study.

频谱拍卖可以实现频谱资源在二级市场上的再分配，提高频谱利用率，是解决当前无线网络中频谱资源日益紧缺局面的有效途径之一。然而，这方面的研究还存在若干不足，难以满足真实二级频谱拍卖市场的需求，如仅实现了单维度的频谱复用，而忽略了频谱在时间和空间上的多维度复用，更未在考虑多维度复用的基础上，设计最优或近似最优的频谱拍卖机制，从而导致频谱利用率不高。本项目将针对上述问题，根据不同类型频谱的特点，研究频谱资源在二级市场上的再分配问题，使所设计的拍卖机制在实现多维度频谱复用的前提下，达到社会效益、卖家收益或成交价真实反映供求关系等性能指标的最优或近似最优化。主要研究内容包括：针对空白频谱和有计划使用的频谱的离线单向拍卖机制和离线双向拍卖机制研究，以及针对随机使用的频谱的在线实时拍卖机制研究。通过上述研究，本项目将提出一系列符合真实频谱二级市场需求的拍卖机制，并通过理论分析和仿真模拟证明其有效性。

频谱拍卖可以实现频谱资源在二级市场上的再分配，提高频谱利用率，是解决当前无线网络中频谱资源日益紧缺局面的有效途径之一。然而，这方面的研究还存在若干不足，难以满足真实二级频谱拍卖市场的需求，如仅实现了但维度的频谱复用，而忽略了频谱在时间和空间上的多维度复用的基础上，设计最优或近似最优的频谱拍卖机制，从而导致频谱利用率不高。本项目针对上述问题，针对不同类型频谱的特点，研究频谱资源在二级市场上的再分配问题，使所设计的拍卖机制在实现多维度频谱复用的前提下，达到社会效益、卖家收益或保证买家间的公平性等性能指标的最优或近似最优化。主要研究内容包括离线单向频谱拍卖机制、离线双向频谱拍卖机制以及在线频谱拍卖机制的研究。针对上述研究内容，本课题首先考虑了频谱资源在时间和空间维度上的可复用性，设计了一系列有性能保证的近似最优频谱拍卖机制，提高了频谱的利用率；其次，针对不同的双向拍卖模型（如同质频谱、异质频谱），本课题设计了一系列能够保证买家公平性、最大化社会效益的诚实双向拍卖机制。最后，针对随机使用的频谱，在考虑二级用户预算限制的基础上，设计了机制使得初级用户可以定期释放自身利用率不高的频段，以拍卖的方式与需要的二级频谱用户共享频谱。除了上述合同中规定的研究内容，本课题还对频谱资源在二级市场上的分配问题作了进一步深入的研究。例如，探讨了频谱拍卖过程中买家的隐私保护问题。为了保护买家的报价隐私，研究引入了一个半诚实的第三方，通过买家、卖家以及第三方之间的交互，在不泄露任何买家的隐私的基础上，正确完成整个拍卖过程；为了进一步提高频谱拍卖的灵活性，本课题还设计了一种可变带宽的频谱诚实拍卖机制，进一步提高了频谱资源的利用率。通过本课题的研究，设计出了一整套满足不同应用场景的诚实频谱拍卖机制，所设计的机制具有较高的性能保证，为接下来真正实现频谱资源在二级市场上的自由交易提供了坚实的理论基础，具有较强的现实指导意义。