一种双层异构网中毫微微蜂窝基站的可变步长步进式频谱拍卖方法与流程
本发明涉及无线通信技术领域，具体是一种双层异构网中毫微微蜂窝基站的可变步长步进式频谱拍卖方法。
背景技术：
随着无线通信技术和移动互联网的高速发展，无线数据业务量以惊人的速度猛增。调查显示：超过60％的话音业务和90％的数据业务发生在室内，并且这种比例还在持续不断地增加。因此，为室内用户的语音和数据业务提供高速率和高质量的覆盖服务变得越来越重要。毫微微蜂窝基站(Femtocell BS)作为一种能有效增强室内覆盖和提升网络容量的无线接入技术，受到了通信业界高度的关注，并已成为不同制式移动通信网络中的研究热点。毫微微蜂窝基站是一种低发射功率、小范围覆盖的基站设备，作为3/4G宏蜂窝的补充，具有灵活、快速部署的优点，可以有效的解决热点吸收、盲点、弱覆盖场景的网络覆盖问题，能够使运营商以更低的代价为用户提供更好的无线宽带语音及数据业务，实现网络无处不在。
毫微微基站的引入很好的弥补宏蜂窝的不足，提升频谱效率，提高网络容量，满足未来移动通信业务的发展需求和提升用户体验。但由于稀缺的频谱资源在大部分时间内处于空闲状态，造成了大量的频谱资源浪费，导致分配给次级市场的毫微微基站的频谱资源极其有限，没有充分发挥出毫微微基站优化网络覆盖等特点。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提供一种双层异构网中毫微微蜂窝基站的可变步长步进式频谱拍卖方法。
这种方法可变步长步进式拍卖具有更高的拍卖效率，同时进一步提高授权用户的收益，实现频谱资源的有效共享和动态管理，从根本上解决频谱效率低下的问题。
实现本发明目的的技术方案如下：
1.一种双层异构网中毫微微蜂窝基站的可变步长步进式频谱拍卖方法，包括如下步骤：
1)建立频谱拍卖模型：所述频谱拍卖模型是基于双层异构网的系统模型,卖方为拥有多个互不重叠且不可再分的空闲频带的多个授权用户，且这些频带的性质即带宽、调制方式是完全相同的，卖方将他们的空闲频带交给拍卖者中央处理器放到次级市场的频谱池中叫价拍卖，买方为通过对卖房叫价进行竞标获得空闲授权频谱并作为无线链路为非授权用户提供通信服务的毫微微基站，每个毫微微基站只关心有没有获得频谱池中的频谱而不会关心获得的是哪一段频谱，同时每个毫微微基站在一个拍卖周期内只需使用一个空闲频带；
2)部署毫微微基站、构造双层异构网络：在部署有毫微微基站的双层异构网中，假设存在多个授权用户拥有m个空闲的授权频带集合，记为M＝{1，2，…，m}，对于卖家授权用户，定义信道底价，该底价主要包含授权系统购买频谱时的花费和毫微微基站对授权用户的潜在干扰，是卖家对信道i的保留价格，记为vi，i∈M，此底价设为授权系统受到来自毫微微基站的跨层干扰；同时在此双层异构网中存在n个毫微微基站作为买方集合，记为N＝{1，2，…，n}，对于买家毫微微基站，定义信道估价为无线链路使用此信道时获得的收益，与信道容量和信号质量SINR有关，拍卖模型主要服务于室内的数据传输，对于传输速率和吞吐量有所要求，故可将信道估价设为信道容量的函数，记毫微微基站j对空闲频带i的估价为cji，j∈N，i∈M；
3)授权用户将m个空闲频带交给中央处理器叫价拍卖；
4)开始检测轮拍卖：中央处理器充当拍卖者进行多次轮询，每轮轮询又分为两个子过程，即叫价和竞标，首先，拍卖者为m个空闲频谱进行叫价，而后，毫微微基站根据自身得到空闲授权频带后的效用估价决定参不参与竞标，若效用估价大于叫价则发出请求参与竞标，反之不参与竞标；拍卖开始时拍卖者将底价ps设为起拍价进行叫价，并且每轮轮询都以标准步长ε抬高价格。对于毫微微基站j，假设当拍卖者叫价小于其对信道效用估价时都不退出竞标，继续发出竞标请求，当着拍卖者以步长ε不断提高叫价时，毫微微基站的购买意愿将会随着叫价不断抬高而减少，即发出竞标请求的毫微微基站数量将不断减少，当最后一个毫微微基站不再发出竞标请求退出拍卖时，检测轮结束，同时拍卖者中央处理器分别记录下每个毫微微基站所能接受的最高叫价pj，j∈N，同时将其能接受的最高叫价近似等同于其对此空闲频带的效用，并成为真实拍卖轮中设置不同步长的依据；
5)中央处理器设置步长：当第一轮检测轮结束时，拍卖者根据前一轮拍卖轮中测得的每个毫微微基站所得效用制定不同的步长，目的在于与每个毫微微基站所获得效用进行关联，即所的效用高的每次轮询抬高步长相应较大，反之步长较短，设毫微微基站j所能接受的最高叫价为pj，j∈N，可以得到一个宏小区内希望获得空闲频带的n个毫微微基站可接受的最高平均叫价为：
而后拍卖者根据其所得效用为每个毫微微基站设置一个不一样的步长，对于毫微微基站j，设置步长εj：
6)开始真实拍卖轮：中央处理器作为拍卖者开始第一轮叫价，其初始叫价ps为授权用户对于信道的估价vi；
7)毫微微基站对拍卖者的叫价做评估：在当前叫价小于其获得空闲频带后的效用时，发出竞标请求，反之不发出竞标请求；
8)中央处理器统计发出竞标请求的毫微微基站的数量n；
9)中央处理器判断毫微微基站对于空闲频带的需求是否过剩：中央处理器对发出竞标请求的毫微微基站数n与频谱池中空闲频带数量m进行比较，若n＞m，拍卖者认为需求过剩，则进行下一轮叫价并且针对不同的毫微微基站都抬高一个不相同εj步长的价格，即对每个毫微微基站进行非等价叫价，重复步骤7；若n≤m，则拍卖者认为需求不足，达到稳定状态，在此情况下，授权系统空闲频带价格保持不变，拍卖结束，授权用户让出空闲频带。
假设到拍卖结束前，进行了x轮竞价，同时起初始报价为ps，则毫微微基站j的最终拍卖成功获得空闲频带i的成交价为pcj＝ps+xεj，其中
cji﹥pcj且cji﹥vi,pcj﹥vi，i∈M，j∈N，授权用户以最后一轮的价格pcj让出空闲频带给毫微微基站j。根据最后空闲频带的分配情况定义为一个N*M的分配矩阵F＝{fji}N*M，fji∈{0,1}，当毫微微基站j作为无线链路接入点从授权系统中买到一段频带i时，则fji＝1，否则fji＝0。
卖结束时，频谱池中的空闲频带出售给毫微微基站j的成交价为pcj，从而可以算出授权系统卖出空闲频带i得到的收益为：
Zi＝pcj-vi，i∈M，j∈N (3)
从授权用户收益出发，可以列出关于授权用户收益的函数：
合理的信道分配将会满足一下两个约束条件：
(1)即每个毫微微基站在同一时间内只能使用一个信道；
(2)即每个信道在同一时间内只能给一个毫微微基站。
最优化问题可以表示为：
这种拍卖算法是一种双层异构蜂窝网中毫微微基站的可变步长步进式拍卖，相较于标准的步进式拍卖中的等步长抬高叫价的拍卖不同，此频谱拍卖方法主要创新点在于把等步长的拍卖设置成可变步长的步进式拍卖，同时将步长的大小与每个毫微微基站获得空闲频带后所得效用进行关联，利用系统的统计和推算，给每个毫微微基站分别设置不同的步长，效用高的毫微微基站抬高叫价的步长大反之步长小，在提高了拍卖效率的同时，进一步提高授权用户的收益，因而此种新型可变步长的步进式拍卖可以看做是对标准步进式拍卖的一种演进和完善。
这种方法可变步长步进式拍卖具有更高的拍卖效率，同时进一步提高授权用户的收益，实现频谱资源的有效共享和动态管理，从根本上解决频谱效率低下的问题。
附图说明
图1为实施例方法流程示意图；
图2为毫微微基站频谱拍卖系统模型示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步的阐述，但不是对本发明的限定。
实施例：
参照图1，一种双层异构网中毫微微蜂窝基站的可变步长步进式频谱拍卖方法，包括如下步骤：
1)建立频谱拍卖模型：如图2所示，所述频谱拍卖模型是基于双层异构网的系统模型,卖方为拥有多个互不重叠且不可再分的空闲频带的多个授权用户，且这些频带的性质即带宽、调制方式是完全相同的，卖方将他们的空闲频带交给拍卖者中央处理器放到次级市场的频谱池中叫价拍卖，买方为通过对卖房叫价进行竞标获得空闲授权频谱并作为无线链路为非授权用户提供通信服务的毫微微基站，每个毫微微基站只关心有没有获得频谱池中的频谱而不会关心获得的是哪一段频谱，同时每个毫微微基站在一个拍卖周期内只需使用一个空闲频带；
2)部署毫微微基站、构造双层异构网络：在部署有毫微微基站的双层异构网中，假设存在多个授权用户拥有m个空闲的授权频带集合，记为M＝{1，2，…，m}，对于卖家授权用户，定义信道底价，该底价主要包含授权系统购买频谱时的花费和毫微微基站对授权用户的潜在干扰，是卖家对信道i的保留价格，记为vi，i∈M，此底价设为授权系统受到来自毫微微基站的跨层干扰；同时在此双层异构网中存在n个毫微微基站作为买方集合，记为N＝{1，2，…，n}，对于买家毫微微基站，定义信道估价为无线链路使用此信道时获得的收益，与信道容量和信号质量SINR有关，拍卖模型主要服务于室内的数据传输，对于传输速率和吞吐量有所要求，故可将信道估价设为信道容量的函数，记毫微微基站j对空闲频带i的估价为cji，j∈N，i∈M；
3)授权用户将m个空闲频带交给中央处理器叫价拍卖；
4)开始检测轮拍卖：中央处理器充当拍卖者进行多次轮询，每轮轮询又分为两个子过程，即叫价和竞标，首先，拍卖者为m个空闲频谱进行叫价，而后，毫微微基站根据自身得到空闲授权频带后的效用估价决定参不参与竞标，若效用估价大于叫价则发出请求参与竞标，反之不参与竞标；拍卖开始时拍卖者将底价ps设为起拍价进行叫价，并且每轮轮询都以标准步长ε抬高价格。对于毫微微基站j，假设当拍卖者叫价小于其对信道效用估价时都不退出竞标，继续发出竞标请求，当着拍卖者以步长ε不断提高叫价时，毫微微基站的购买意愿将会随着叫价不断抬高而减少，即发出竞标请求的毫微微基站数量将不断减少，当最后一个毫微微基站不再发出竞标请求退出拍卖时，检测轮结束，同时拍卖者中央处理器分别记录下每个毫微微基站所能接受的最高叫价pj，j∈N，同时将其能接受的最高叫价近似等同于其对此空闲频带的效用，并成为真实拍卖轮中设置不同步长的依据。
5)中央处理器设置步长：当第一轮检测轮结束时，拍卖者根据前一轮拍卖轮中测得的每个毫微微基站所得效用制定不同的步长，目的在于与每个毫微微基站所获得效用进行关联，即所的效用高的每次轮询抬高步长相应较大，反之步长较短，设毫微微基站j所能接受的最高叫价为pj，j∈N，可以得到一个宏小区内希望获得空闲频带的n个毫微微基站可接受的最高平均叫价为：
而后拍卖者根据其所得效用为每个毫微微基站设置一个不一样的步长，对于毫微微基站j，设置步长εj：
6)开始真实拍卖轮：中央处理器作为拍卖者开始第一轮叫价，其初始叫价ps为授权用户对于信道的估价vi；
7)毫微微基站对拍卖者的叫价做评估：在当前叫价小于其获得空闲频带后的效用时，发出竞标请求，反之不发出竞标请求。
8)中央处理器统计发出竞标请求的毫微微基站的数量n；
9)中央处理器判断毫微微基站对于空闲频带的需求是否过剩：中央处理器对发出竞标请求的毫微微基站数n与频谱池中空闲频带数量m进行比较，若n＞m，拍卖者认为需求过剩，则进行下一轮叫价并且针对不同的毫微微基站都抬高一个不相同εj步长的价格，即对每个毫微微基站进行非等价叫价，重复步骤7；若n≤m，则拍卖者认为需求不足，达到稳定状态，在此情况下，授权系统空闲频带价格保持不变，拍卖结束，授权用户让出空闲频带。
假设到拍卖结束前，进行了x轮竞价，同时起初始报价为ps，则毫微微基站j的最终拍卖成功获得空闲频带i的成交价为pcj＝ps+xεj，其中
cji﹥pcj且cji﹥vi,pcj﹥vi，i∈M，j∈N，授权用户以最后一轮的价格pcj让出空闲频带给毫微微基站j。根据最后空闲频带的分配情况定义为一个N*M的分配矩阵F＝{fji}N*M，fji∈{0,1}，当毫微微基站j作为无线链路接入点从授权系统中买到一段频带i时，则fji＝1，否则fji＝0。
卖结束时，频谱池中的空闲频带出售给毫微微基站j的成交价为pcj，从而可以算出授权系统卖出空闲频带i得到的收益为：
Zi＝pcj-vi，i∈M，j∈N (3)
从授权用户收益出发，可以列出关于授权用户收益的函数：
合理的信道分配将会满足一下两个约束条件：
(1)即每个毫微微基站在同一时间内只能使用一个信道；
(2)即每个信道在同一时间内只能给一个毫微微基站。
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