基于鲁棒非合作博弈的飞蜂窝网络资源分配与干扰管理

Femtocell network is one of key techniques to improve the efficiency of frequency and solve the problem of coverage indoor. The frequency allocation and reference management are increasing important when the femtocell and macrocell coexist and share the same channels. The interference among users can not be avoided in this scenario. Besides, the uncertainties of network environment, channel state and access of users will affect the quality of service. We focus on how to develop the distributed algorithm which can optimize the utilization of different users and maximize the whole resources of network. First, the uncertain factors of wireless network which are related to channel gain and transmitting rate are described by probability theory and statistic method. And the optimization model with probability constraints will be formulated. Second, taking into consideration of selfish of users and uncertainties of network environment, the non-cooperative game is used to model the problem of frequency allocation and interference management among different kinds of users. To realize the optimal configuration of the whole resources, the competition and bargaining are introduced to induce the users to tend to the equilibrium. Next, the networks with multi macrocell users and multi femtocell users will be considered, and the strategies of power control with robust constraints are to develop. For the burst of interference caused by dynamic accessing, admission control strategies based on supermodular games will be developed. Finally, considering the effect of boundary constraint of the game formulation, the uniform convergence of the distributed iteration algorithm will be addressed based on the saturation control theory.

飞蜂窝网络是提高频谱复用效率，解决室内无线信号有效覆盖的关键技术。在共享信道工作模式下，家庭用户及宏用户之间固有的干扰关系使得频谱分配和干扰管理问题尤为突出。而信道增益、用户接入、信息获取等因素的不确定性直接影响用户服务质量。在复杂动态环境下，如何以分布式算法实现不同类型用户利益及网络资源利用的最大化是本项目研究的出发点。首先分析无线网络环境不确定因素的参数化描述，利用概率统计与分析方法刻画影响信道增益、传输速率的主要因素，建立概率约束优化模型。其次考虑网络用户自私行为及环境不确定性，构造综合频谱分配与干扰管理的非合作鲁棒博弈问题，以竞争、议价等机制诱导用户趋于平衡，实现整体资源的优化配置。进一步研究网络用户多入多出、多主多从情景下的鲁棒约束功率控制方法，针对动态接入的突发干扰，建立接纳控制策略。最后考虑算法实现过程中的边界约束和异步时延，基于饱和控制稳定性分析研究迭代算法的一致收敛性。

飞蜂窝网络是提高频谱复用效率，解决室内无线信号有效覆盖的关键技术，但其用户大规模随机部署造成了越来越严重的通信干扰。对于飞蜂窝网络而言，为了保证宏用户和家庭用户的通信质量，抑制干扰是一个很重要的任务。同时通信过程中，网络环境是动态变化的，信道质量受到不同衰落特性的影响，使得用户服务质量难以保证，为此本项目重点研究在多种不确定参数下的无线网络资源鲁棒优化管理问题。1、根据双层网络中通信环境的不确定性，建立基于概率约束的系统模型，运用概率论理论，将基于概率约束的不确定问题转化为确定性问题，分别研究在不同用户密度、不同用户需求、不同优化目标下的网络资源分配问题。2、考虑中继工作模式以降低通信用户间的传输距离，通过合理的信道分配和功率调整达到节能通信，提高信道容量和用户接纳数量的目的。研究了通信链路存在多种不确定因素情况下无线中继网络的鲁棒功率控制策略。3、考虑到大量家庭用户的随意布置性及自私性，采用非合作博弈策略设计了分布式处理算法。使得用户的自主决策，仅需要考虑自身信息和其他所有参与者的信息总和。此博弈策略在很好体现网络用户自私性的同时大大降低了信息交换量，实现了合理的功率控制和信道分配。4、将双层飞蜂窝网络资源优化设计的研究和研究思路扩展到车联网用户管理之中。把车联网用户大数量、高速度、高密度、高动态性等特点以及低延迟、高可靠性等需求考虑在内，设计以车联网用户资源优化管理策略。5、为防止在开放环境下用户的合法信息不被窃听者窃取以及恶意用户的信息攻击、资源侵占，进一步研究了双层蜂窝网络中利用用户自身功率管理策略，抑制窃听用户，实现安全速率最大化。