耦合约束下非合作无线网络协调机制研究

The noncooperative behavior of wireless nodes tends to degrade network performance. Coordination mechanism can be used to effectively address this problem. To investigate the design method of coordination mechanisms, this project considers cooperative spectrum sensing, channel allocation and power allocation in noncooperative wireless networks, proposes some game theoretical formulations and designs some distributed coordination algorithms. Different from existing work, this project takes the constraints on sensing performance, quality of service and fairness into account, which couples the strategy spaces of nodes and make the coordination mechanism design challenging. To address this issue, this project first proposes a hierarchical decoupling method and a relaxing method based on adaptive penalty functions for the coupling constraints. To alleviate the goal conflicts between the nodes and the network, this project also develops the coordination methods based on nonlinear pricing and equilibrium refinement. Finally, this project designs some distributed coordination algorithms to induce the nodes to maximize their own revenues and improve the network performance according to distributed optimization,learning and potential game theory. This projects may provide some theoretical support for the application of coordination mechanism.

无线节点的非合作行为易降低网络性能，使用协调机制可有效解决这一问题。为探讨协调机制的设计方法，本项目针对非合作无线网络中协作频谱感知、信道分配和功率分配三类节点行为，使用非合作博弈理论进行建模，并设计分布式协调算法。与现有研究不同，本项目考虑了网络中存在的感知性能、服务质量和公平性等性能约束，后者将节点的策略空间耦合起来，大大增加了协调机制的设计难度。为解决这一问题，本项目提出了耦合约束的层次化解耦方法和基于自适应罚函数的松弛方法。为调和节点与网络的目标冲突，本项目还提出了基于非线性定价和均衡精炼理论的调和方法。最后，本项目基于分布式优化、学习和势博弈理论设计了分布式协调算法，以引导节点在最大化自身收益的前提下协同地提升网络性能。本项目的研究成果有望为协调机制的广泛应用提供一定的理论依据。

无线节点的非合作行为易导致网络性能的低下，使用协调机制可有效解决这一问题。本项目旨在通过设计协调机制，引导无线节点在实现自身收益最大化的同时做出提升网络性能的决策。为此，项目以非合作博弈为主要理论工具，研究三个问题：1）耦合约束的解耦和松弛方法，2）节点与网络目标冲突的调和方法，3）分布式协调算法的设计与验证，并选取无线网络中节点较为普遍的三种行为，即信道分配，协作感知和功率控制，分别进行协调机制的设计与实现。 .项目组完成的主要工作简述如下：1）研究了无线局域网和异构多接口多信道无线网络的信道分配问题，构建了非合作博弈模型，设计了能协调用户利益并最大化网络效用的算法；2）研究了认知无线电网络中的协作频谱感知联盟形成问题，构建了非合作博弈模型，设计了分布式算法以找到能提升整个网络公平性的联盟结构；3）研究了无线jamming攻击者的发射功率控制问题，构建了非合作博弈模型，并基于变分不等式理论设计了均衡求解算法。此外，项目组还对非合作无线网络协调机制设计所用到的层次化非合作博弈模型，多个网络目标并行优化方法，以及多臂赌博机理论进行了应用研究。.项目组录用发表了6篇EI检索论文，3篇SCI期刊论文，其中含3篇IEEE会刊论文，完成了项目的研究任务。本项目的研究成果有望为非合作无线网络协调机制的实际应用提供理论依据。