一種非合作博弈下的無線網(wǎng)絡(luò)接入選擇方法

趙 婧,李興華,薛飛潔,馬建峰

(西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,陜西西安 710071)

一種非合作博弈下的無線網(wǎng)絡(luò)接入選擇方法

趙 婧,李興華,薛飛潔,馬建峰

(西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院,陜西西安 710071)

針對(duì)如何根據(jù)用戶的需求在無線網(wǎng)絡(luò)中選擇接入網(wǎng)絡(luò)的問題,依據(jù)不同接入網(wǎng)絡(luò)之間的非合作關(guān)系以及接入網(wǎng)絡(luò)與用戶之間的非合作關(guān)系,建立了非合作博弈下的基于支付函數(shù)的模型.該模型根據(jù)多屬性決策理論,運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)的性能參數(shù)進(jìn)行歸一化處理,將得到的灰色關(guān)聯(lián)等級(jí)作為支付函數(shù)進(jìn)行比較,選出較優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò).通過求解用戶與較優(yōu)秀網(wǎng)絡(luò)間的納什均衡,得到用戶的接入網(wǎng)絡(luò)選擇.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法能夠根據(jù)用戶的需求有效地選擇合適的接入網(wǎng)絡(luò).

非合作博弈;納什均衡;灰色關(guān)聯(lián)分析法;無線網(wǎng)絡(luò);選擇方法

隨著人類社會(huì)與經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展,無線通信系統(tǒng)為用戶提供各種各樣的服務(wù),而用戶的業(yè)務(wù)需求也越來越多.為了使用戶的業(yè)務(wù)需求得到滿足,用戶所接受的服務(wù)不再是只由單一的運(yùn)營商提供,而是可以按照自己的意愿從多個(gè)運(yùn)營商和無線接入網(wǎng)絡(luò)中選擇適合自己業(yè)務(wù)需求的,能夠以適當(dāng)?shù)母冻龅玫綕M意服務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接入.因此,無線接入網(wǎng)絡(luò)的選擇問題受到越來越多的關(guān)注[1-3].

文獻(xiàn)[4]將垂直切換時(shí)的網(wǎng)絡(luò)選擇方法分為:基于決議函數(shù)的策略,以用戶為中心的策略,多屬性決策策略,基于模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的策略以及環(huán)境感知策略.文獻(xiàn)[5]分為4種網(wǎng)絡(luò)選擇算法:基于接收信號(hào)強(qiáng)度的算法,基于帶寬的算法,基于花費(fèi)函數(shù)的算法以及基于結(jié)合的算法(即模糊邏輯和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法).文獻(xiàn)[6]在無線網(wǎng)絡(luò)的選擇中使用了基于效用函數(shù)的模糊逼近理想解排序法.為了使一個(gè)移動(dòng)終端能夠以最佳的方法接入到網(wǎng)絡(luò),需要考慮服務(wù)質(zhì)量以及能量消耗.運(yùn)用模糊化的方法解決一些屬性值為不可度量或者不能統(tǒng)一度量的指標(biāo),然后按照永久最佳接入準(zhǔn)則[7]選擇接入網(wǎng)絡(luò).文獻(xiàn)[8]主要以最大化系統(tǒng)容納的呼叫次數(shù)、最小化切換發(fā)生頻率以及達(dá)到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量為目標(biāo)進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)的選擇.計(jì)算效用函數(shù)以及用戶偏好值,選兩者線性結(jié)合后所得數(shù)值最大的網(wǎng)絡(luò)為最佳接入網(wǎng)絡(luò).在選擇網(wǎng)絡(luò)時(shí)考慮了移動(dòng)終端的移動(dòng)性,相比于迭代逼近理想解排序法,該方法能達(dá)到更好的服務(wù)質(zhì)量滿意度,容納更多的呼叫次數(shù),網(wǎng)絡(luò)切換發(fā)生頻率降低了30%.文獻(xiàn)[9]主要從定價(jià)策略角度討論無線網(wǎng)絡(luò)的選擇問題,在無線網(wǎng)絡(luò)中,價(jià)格可以作為一種資源分配、允許控制以及網(wǎng)絡(luò)選擇的機(jī)制.價(jià)格應(yīng)用于無線網(wǎng)絡(luò)選擇中有3種不同的方法:基于拍賣[10],基于最優(yōu)化[11]以及基于需求/供應(yīng)的策略.在計(jì)算語音/視頻服務(wù)時(shí),使用了S曲線函數(shù)[12]的變體對(duì)無彈性的服務(wù)用戶滿意度建模.文獻(xiàn)[13]為了防止網(wǎng)絡(luò)擁塞和性能降低,使用進(jìn)化博弈的方法在無線網(wǎng)絡(luò)中動(dòng)態(tài)選擇較佳網(wǎng)絡(luò).

不同的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商為用戶提供不同的網(wǎng)絡(luò),通過網(wǎng)絡(luò)資費(fèi)從用戶處獲取利潤,所以當(dāng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的用戶數(shù)量增加時(shí),其獲取的利潤也會(huì)增多.在這種情況下,不同的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商之間會(huì)建立一個(gè)非合作博弈.同時(shí)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和用戶之間也屬于競爭關(guān)系,因?yàn)檫@兩者之間也存在利益沖突.在無線網(wǎng)絡(luò)接入選擇過程中,用戶希望以最少的支付獲得最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù).而網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商則希望使用最少的網(wǎng)絡(luò)資源完成用戶的業(yè)務(wù)需求,這樣可以在消耗一定網(wǎng)絡(luò)資源時(shí),最大限度地增加網(wǎng)絡(luò)可容納的用戶數(shù)量.所以網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和用戶之間也形成了競爭關(guān)系,也會(huì)建立一個(gè)非合作博弈.根據(jù)以上的問題背景分析,筆者在非合作博弈情況下進(jìn)行了無線網(wǎng)絡(luò)接入選擇方法的研究,提出了非合作博弈下的基于支付函數(shù)的模型以及非合作博弈下的納什均衡求解方法.

1 非合作博弈及其納什均衡

傳統(tǒng)上將博弈論分為合作博弈和非合作博弈,合作博弈是指參與人之間能達(dá)成一個(gè)具有約束力的協(xié)議;反之,如果參與人之間不可能達(dá)成一個(gè)具有約束力的協(xié)議則稱為非合作博弈.然而,“非合作”不是說每個(gè)參與人總是拒絕和其他參與人合作,而是在非合作博弈中參與人只是根據(jù) “可察覺的自我利益”來決策[14].

博弈論的理論研究主要集中在非合作博弈,除此之外,非合作博弈在經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用方面也取得了巨大成功.因此,非合作博弈的研究是博弈論研究的主流.文中根據(jù)分析問題的背景,也選擇了基于非合作博弈的理論對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)接入選擇方法的問題進(jìn)行研究.

博弈論研究的目的就是尋找博弈問題的解,即給定一個(gè)博弈問題,分析或預(yù)測什么樣的博弈結(jié)果將會(huì)出現(xiàn).探尋博弈問題的解,必須明確兩點(diǎn),一是參與人完全理性,二是參與人都了解博弈問題的結(jié)構(gòu).參與人理性是指參與人在博弈中具有推理、決策能力,并通過選擇策略使自己在博弈中的得益或支付最大化.

非合作博弈問題主要是通過求解納什均衡來解決的.隨著所研究問題復(fù)雜程度的增加,研究者又在納什均衡的基礎(chǔ)上提出了更加復(fù)雜和精煉的解的概念.

在博弈G={S1,S2,…,Sn;u1,…,un}中,如果由各個(gè)博弈方的各個(gè)策略組成的某個(gè)策略組合(s1*,…,)中,任一博弈方i的策略,都是對(duì)其余博弈方策略的組合的最佳策略,也即

簡單來講,如果有參與人沒有選擇最佳策略集合中的策略,那么納什均衡就不能達(dá)到,這將致使某些參與人得不到優(yōu)于納什均衡時(shí)的收益.所以按照納什均衡中的最佳策略集合選擇策略,能達(dá)到一個(gè)相對(duì)較好的穩(wěn)定狀態(tài).達(dá)到納什均衡也是每個(gè)理性參與人的最終目的.

2 方案模型

2.1 非合作博弈下的基于支付函數(shù)的模型

支付函數(shù)對(duì)于博弈的進(jìn)行、納什均衡的計(jì)算極為重要.在現(xiàn)階段關(guān)于基于博弈論的無線網(wǎng)絡(luò)接入選擇的研究中,支付函數(shù)都簡化表述,如文獻(xiàn)[16]把時(shí)延和抖動(dòng)視為支付函數(shù).但對(duì)于復(fù)雜的無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,這種簡化的支付函數(shù)表述形式不足以體現(xiàn)全面性.例如,有些用戶的業(yè)務(wù)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度以及帶寬都有嚴(yán)格要求,但如果支付函數(shù)中只包括信號(hào)強(qiáng)度或者只包括帶寬,在這兩種情況下進(jìn)行的無線網(wǎng)絡(luò)的接入選擇,都會(huì)影響用戶的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量.因此,需要改變這種支付函數(shù)是由單一指標(biāo)或者兩種指標(biāo)簡化表述的情況.

文中引入了一種新的更為全面的支付函數(shù)的表述形式,為此提出了多屬性決策理論的概念.多屬性決策是把多種性能參數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),得出一個(gè)數(shù)值作為支付函數(shù).對(duì)于選擇接入網(wǎng)絡(luò)的用戶,支付高的網(wǎng)絡(luò),比較適合接入.多屬性決策理論的方法一般是在屬性權(quán)重歸一化后的量化屬性評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上,利用決策方法的效用函數(shù)

產(chǎn)生綜合評(píng)價(jià)指標(biāo),再根據(jù)U(Ai)值所體現(xiàn)的決策方案的優(yōu)劣做出決策[17].其中,M表示備選決策方案的集合,N表示每個(gè)備選決策方案的多個(gè)屬性集合.Xij表示轉(zhuǎn)化為效益型屬性并進(jìn)行歸一化后的屬性評(píng)價(jià)值.文中采用灰色關(guān)聯(lián)分析法[18]對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析,選出優(yōu)秀的備選網(wǎng)絡(luò),再求解納什均衡,由用戶選擇備選網(wǎng)絡(luò)接入.

灰色關(guān)聯(lián)分析的步驟如下:

(1)選擇評(píng)估影響因子和測量參數(shù).在選擇接入的無線網(wǎng)絡(luò)時(shí),可以將網(wǎng)絡(luò)的資費(fèi)、信號(hào)強(qiáng)度、時(shí)延、丟包率等作為評(píng)估因子.

(2)選擇加權(quán)因子.在評(píng)估因子確定之后,為每一個(gè)評(píng)估因子確定其相應(yīng)的加權(quán)值,加權(quán)值為常數(shù).

(3)建立評(píng)估矩陣.評(píng)估矩陣的每一列為不同的評(píng)估因子,每行為相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估因子的數(shù)值.

(4)測量數(shù)據(jù)的合理化.根據(jù)每個(gè)評(píng)估因子的屬性范圍對(duì)測量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行合理化處理.

(5)為每個(gè)評(píng)估因子確定灰色關(guān)聯(lián)系數(shù).

(6)確定每個(gè)備選網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)等級(jí).

當(dāng)存在多個(gè)用戶終端對(duì)備選網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行選擇時(shí),用戶終端的接入選擇會(huì)相互影響.例如,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)達(dá)到一定負(fù)載量時(shí),接入用戶的增加可能會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量產(chǎn)生惡劣的影響,在選擇接入網(wǎng)絡(luò)時(shí),這種情況也需要納入考慮范圍之內(nèi).在對(duì)支付函數(shù)精確表示的同時(shí),也要注意到計(jì)算支付函數(shù)的復(fù)雜度和計(jì)算時(shí)間,不能過于影響到網(wǎng)絡(luò)的接入選擇.

2.2 非合作博弈下的納什均衡求解

在參與人為用戶和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的非合作博弈中,網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的策略空間為{允許接入,拒絕接入};用戶的策略空間為{要求接入,拒絕接入}.因此,策略組合為(網(wǎng)絡(luò),用戶)={(允許接入,要求接入),(允許接入,拒絕接入),(拒絕接入,要求接入),(拒絕接入,拒絕接入)}.對(duì)應(yīng)的支付函數(shù)值分別為(U′11,U″11),(U′12, U″12),(U′21,U″21),(U′22,U″22).

首先,將備選網(wǎng)絡(luò)利用灰色關(guān)聯(lián)分析法進(jìn)行排序選擇,選擇出較優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò).然后,這些網(wǎng)絡(luò)與用戶進(jìn)行博弈,博弈表述的形式如表1所示.網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的支付函數(shù)值由用戶接入網(wǎng)絡(luò)后帶來的利潤表示,用戶的支付函數(shù)值則由灰色關(guān)聯(lián)分析法所得的網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)等級(jí)表示.文中使用劃線法求解該博弈的納什均衡.用戶按照備選網(wǎng)絡(luò)的排序依次與備選網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行博弈,直至納什均衡的解為策略組合(允許接入,要求接入).

表1 參與人為用戶與網(wǎng)絡(luò)的博弈模型

作為理性參與人的用戶和網(wǎng)絡(luò),都會(huì)選擇在博弈中使自己的支付能夠最大化.在兩者重復(fù)博弈的過程中,當(dāng)用戶和網(wǎng)絡(luò)選擇的策略符合最佳策略集合時(shí),便可以達(dá)到納什均衡.

3 方案分析

3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)獲取

為了獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),移動(dòng)終端選擇的手機(jī)型號(hào)為小米1S,操作系統(tǒng)為安卓系統(tǒng).使用不同運(yùn)營商的手機(jī)卡接入網(wǎng)絡(luò),通過實(shí)驗(yàn)獲取相關(guān)數(shù)據(jù).網(wǎng)絡(luò)資費(fèi)按照當(dāng)前價(jià)格行情查得,對(duì)于備選網(wǎng)絡(luò)A、B和C,50元人民幣可購買的流量值分別為500 MB、600 MB、800 MB,若價(jià)格單位選為元/MB,則計(jì)算可得備選網(wǎng)絡(luò)A、B和C的價(jià)格分別為0.1元/MB、0.083元/MB、0.063元/MB.在移動(dòng)終端上安裝移動(dòng)終端模擬器,這款軟件可以訪問安卓系統(tǒng)內(nèi)置的Linux操作系統(tǒng)的命令行.在終端模擬器里運(yùn)行Linux命令“ping—c 50 www.xidian. edu.cn”,即可獲得實(shí)驗(yàn)50次的情況下網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延及丟包率.

在測試網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度時(shí),選用了網(wǎng)速測試軟件.該軟件是一款實(shí)時(shí)測試手機(jī)網(wǎng)速的工具,包括上行、下載,網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度=上行速度+下載速度.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為測試10次計(jì)算所得的平均值.為了防止地理位置以及手機(jī)配置對(duì)網(wǎng)絡(luò)的接入產(chǎn)生影響,進(jìn)而可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果,所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)均在同一地點(diǎn),使用相同移動(dòng)終端測試所得.

3.2 非合作博弈下的數(shù)據(jù)分析

按照灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)3個(gè)不同網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行性能分析,對(duì)備選網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行排序,操作步驟如下.

(1)選擇評(píng)估影響因子和測量參數(shù).本次處理中選擇價(jià)格、時(shí)延、傳輸速度、丟包率作為影響判決的評(píng)估因子.評(píng)估因子及其量化準(zhǔn)則如表2所示.

表2 無線網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估因子和測量參數(shù)

(2)選擇加權(quán)因子.在確定不同的無線網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估因子之后,為每一個(gè)評(píng)估因子確定其相應(yīng)的加權(quán)值,加權(quán)值為常數(shù).在本次處理中,假定有3個(gè)用戶,不同用戶對(duì)不同無線網(wǎng)絡(luò)評(píng)估因子的加權(quán)值如表3所示.

表3 用戶對(duì)評(píng)估因子的加權(quán)值

(3)建立評(píng)估矩陣.評(píng)估矩陣的每一列為不同的無線網(wǎng)絡(luò)評(píng)估因子,每行為對(duì)應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估因子的數(shù)值.備選網(wǎng)絡(luò)的不同參數(shù)的數(shù)值通過3.1節(jié)所述辦法測得,如表4所示.

表4 對(duì)應(yīng)各評(píng)估屬性的測量值

(4)測量數(shù)據(jù)的合理化.根據(jù)每個(gè)評(píng)估因子的屬性范圍對(duì)測量所得數(shù)據(jù)進(jìn)行合理化處理.當(dāng)用戶希望無線網(wǎng)絡(luò)的某項(xiàng)參數(shù)期望值越大越好時(shí),如傳輸速度最大化,則該項(xiàng)參數(shù)的期望值可表示為Xij=(Xij-(Xij)min)((Xij)max-(Xij)min);當(dāng)用戶希望無線網(wǎng)絡(luò)的某項(xiàng)參數(shù)期望值越小越好時(shí),如價(jià)格、時(shí)延、丟包率最小化,則該項(xiàng)參數(shù)的期望值可表示為Xij=((Xij)max-Xij)((Xij)max-(Xij)min),其中,Xij表示表中第i行、第j列的數(shù)值.表5中的理想標(biāo)準(zhǔn)序列是根據(jù)每個(gè)評(píng)估因子的期望值得到的.

表5 理想標(biāo)準(zhǔn)序列

表6 關(guān)于各運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)表

(6)確定每個(gè)備選網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)等級(jí).通過使用不同用戶對(duì)于不同備選網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)評(píng)估因子的加權(quán)值,計(jì)算每個(gè)備選網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)等級(jí)Γ,即

其中,βk表示每個(gè)評(píng)估因子的加權(quán)值.將表5中的關(guān)聯(lián)系數(shù)代入式(3),得到灰色關(guān)聯(lián)系數(shù).

對(duì)于用戶1,Γ01=0.5397,Γ02=0.7195,Γ03=0.8500.由于Γ03＞Γ02＞Γ01,因此,備選網(wǎng)絡(luò)排序?yàn)镃—B—A.

對(duì)于用戶2,Γ01=0.5543,Γ02=0.6645,Γ03=0.9000.由于Γ03＞Γ02＞Γ01,因此,備選網(wǎng)絡(luò)排序?yàn)镃—B—A.

對(duì)于用戶3,Γ01=0.5439,Γ02=0.7922,Γ03=0.7500.由于Γ02＞Γ03＞Γ01,因此,備選網(wǎng)絡(luò)排序?yàn)锽—C—A.

觀察以上計(jì)算結(jié)果,雖然用戶1和用戶2對(duì)于不同評(píng)估因子的加權(quán)值不同,但所得備選網(wǎng)絡(luò)排序相同.而對(duì)于用戶1和用戶3或用戶2和用戶3,用戶對(duì)不同評(píng)估因子的加權(quán)值不同,備選網(wǎng)絡(luò)排序也不同.當(dāng)然,如果不同用戶對(duì)不同評(píng)估因子的加權(quán)值相同,則備選網(wǎng)絡(luò)排序也必然相同.因此,無法根據(jù)加權(quán)因子的數(shù)值直接判斷備選網(wǎng)絡(luò)的排序,而必須計(jì)算出備選網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)等級(jí),才能對(duì)備選網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行排序.

3.3 方案比較

文獻(xiàn)[6]在服務(wù)質(zhì)量的比較時(shí),選用了帶寬和時(shí)延作為比較參數(shù).該方法考慮了連接網(wǎng)絡(luò)的能量消耗,比如在移動(dòng)終端電量較低的情況下,可以綜合網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量以及能量消耗情況選擇更適合的網(wǎng)絡(luò).但是服務(wù)質(zhì)量僅僅以帶寬和時(shí)延作為比較參數(shù),忽略資費(fèi)以及丟包率等其他屬性,會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量判斷不全面.文獻(xiàn)[9]按照服務(wù)類型確定效用函數(shù),服務(wù)類型主要包括語音/視頻服務(wù)以及數(shù)據(jù)服務(wù),最終達(dá)到用戶和無線網(wǎng)絡(luò)提供商的雙贏.不同網(wǎng)絡(luò)提供商對(duì)網(wǎng)絡(luò)的定價(jià)不同.這種方法針對(duì)不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),給出了不同的效用函數(shù),更具有針對(duì)性,使結(jié)果更為精確.但是服務(wù)質(zhì)量僅以帶寬作為比較參數(shù),會(huì)對(duì)選擇結(jié)果造成不良影響.文獻(xiàn)[13]考慮了不同用戶為爭奪有限帶寬而存在競爭,以此形成一個(gè)動(dòng)態(tài)的進(jìn)化博弈,并提出種群進(jìn)化以及強(qiáng)制學(xué)習(xí)兩個(gè)算法.強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法不同于其他方案,需要用戶花費(fèi)時(shí)間通過交流了解不同網(wǎng)絡(luò)的性能以及價(jià)格來制定一個(gè)訓(xùn)練集,然后再把訓(xùn)練集中的信息應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)選擇.

文中在非合作博弈下的基于支付函數(shù)的模型中,使用多屬性決策方法對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行排序,然后再由用戶和網(wǎng)絡(luò)通過博弈進(jìn)行選擇接入.相對(duì)于其他以單一性能作為參數(shù)的選擇方法,文中方法能更全面地對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行評(píng)價(jià).除此之外,文中方法的另一優(yōu)點(diǎn)是考慮了用戶需求,根據(jù)用戶的需求為不同備選網(wǎng)絡(luò)的評(píng)估因子設(shè)定加權(quán)值,這種方法設(shè)計(jì)可以根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)需求更合理有效地選擇出用戶所需網(wǎng)絡(luò).

表7中,展示了文中的方案與文獻(xiàn)[6,9,13]中方案的對(duì)比,Y表示方案采用或考慮到該項(xiàng),N表示方案沒有采用或沒有考慮到該項(xiàng).

表7 方案間的對(duì)比

4 結(jié)束語

基于博弈論研究了無線網(wǎng)絡(luò)接入選擇方法的問題.在非合作博弈下,建立了基于支付函數(shù)的模型.使用了灰色關(guān)聯(lián)分析法,以網(wǎng)絡(luò)的多種性能為評(píng)估因子,對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了全方面的評(píng)估,最終由用戶選擇優(yōu)秀的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接入.相比其他已有方案,多屬性決策的灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的評(píng)估更為全面和準(zhǔn)確.

博弈論解決網(wǎng)絡(luò)選擇問題[19-20]能充分考慮通信實(shí)體之間的相互影響,具有更高的選擇可靠性,但對(duì)于納什均衡求解的研究仍需要長時(shí)間的努力,特別是對(duì)于計(jì)算的復(fù)雜度、納什均衡的存在性、滿意度等,這也是下一步工作的研究重點(diǎn).

[1]Argento A,Cesana M,Gatti N,et al.A Game Theoretical Study of Access Point Association in Wireless Mesh Network [J].Computer Communications,2012,35(5):541-553.

[2]Haria M,Milano P,Matto C,et al.Network Selection and Resource Allocation Games for Wireless Access Networks [J].Mobile Computing,2012,12(12):2427-2440.

[3]Kaleem F,Mehbodniya A,Islam A,et al.Dynamic Target Wireless Network Selection Technique Using Fuzzy Linguistic Variables[J].China Communications,2013,10(1):1-16.

[4]Kassar M,Kervella B,Pujolle G.An Overview of Vertical Handover Decision Strategies in Heterogeneous Wireless Networks[J].Computer Communications,2008,31(10):2607-2620.

[5]Yan Xiaohuan,Sekercioglu Y,Narayanan S.A Survey of Vertical Handover Decision Algorithms in Fourth Generation Heterogeneous Wireless Networks[J].Computer Networks,2010,54(11):1848-1863.

[6]Chamodrakas I,Martakos D.A Utility-based Fuzzy TOPSIS Method for Energy Efficient Network Selection in Heterogeneous Wireless Networks[J].Applied Soft Computing,2012,12(7):1929-1938.

[7]Gustafsson E,Jonsson A.Always Best Connected[J].IEEE Wireless Communications,2003,10(1):49-55.

[8]Chang C J,Tsai T L,Chen Y H.Utility and Game-theory Based Network Selection Scheme in Heterogeneous Wireless Networks[C]//IEEE Wireless Communications and Networking Conference.New York:IEEE,2009:4918016.

[9]Sengupta S,Anand S,Chatterjee M,et al.Dynamic Pricing for Service Provisioning and Network Selection in Heterogeneous Networks[J].Physical Communication,2009,2(1-2):138-150.

[10]Sallent O,Perez-Romero J,Agusti R,et al.Resource Auctioning Mechanisms in Heterogeneous Wireless Access Networks[C]//IEEE Vehicular Technology Conference.Piscataway:IEEE,2006:52-56.

[11]Zhang Wenhui.Bearer Service Allocation and Pricing in Heterogeneous Wireless Networks[C]//IEEE International Conference on Communications.Piscataway:IEEE,2005:1367-1371.

[12]Wikipedia.Sigmoid Function[DB/OL].[2012-05-28].http://en.wikipedia.org/wiki/Sigmoid_function.

[13]Niyato D,Hossain E.Dynamics of Network Selection in Heterogeneous Wireless Networks:an Evolutionary Game Approach[C]//IEEE Vehicular Technology Conference.Piscataway:IEEE,2009:2008-2017.

[14]羅云峰.博弈論教程[M].北京:清華大學(xué)出版社,北京交通大學(xué)出版社,2007.

[15]李幫義,王玉燕.博弈論及其應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2010.

[16]Antoniou J,Pitsillides A.4G Gonverged Environment:Modeling Network Selection as a Game[C]//IEEE Mobile and Wireless Communications Summit.Piscataway:IEEE,2007:1-5.

[17]陳守學(xué).異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)選擇方案研究[D].北京:北京郵電大學(xué),2010.

[18]賀昕,李斌.異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)切換技術(shù)[M].北京:北京郵電大學(xué)出版社,2008.

[19]宗汝,高新波,彭建華.臨近空間平臺(tái)自組織網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署的博弈算法[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2013,40(5): 188-193.

Zong Ru,Gao Xinbo,Peng Jianhua.Deployment Optimization of the Self-organized Network on Near Space Platforms Based on the Game Theoretical Learning Algorithm[J].Journal of Xidian University,2013,40(5):188-193.

[20]劉英挺,李晨曦,張海林,等.WRAN多小區(qū)上行鏈路信道與功率的聯(lián)合分配[J].西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2012,39 (4):39-45.

Liu Yingting,Li Chenxi,Zhang Hailin,et al.Joint Channel and Power Allocation for the Uplink in Multi-cells of the WRAN[J].Journal of Xidian University,2012,39(4):39-45.

(編輯:齊淑娟)

Wireless network access selection method with the non-cooperative game

ZHAO Jing,LI Xinghua,XUE Feijie,MA Jianfeng
(School of Computer Science and Technology,Xidian Univ.,Xi’an 710071,China)

The coexistence of various wireless access networks has been widely recognized in the next generation network.As a different network access form,how the clients at the instance of their needs will select the access network has become a widespread concern.For this problem,according to the noncooperation between different access networks and the noncooperation relationship between the access network and the clients,a non-cooperative game model based on the payoff function is established.On the basis of the multi-attribute decision theory,the model uses the gray correlation analysis method to normalize the performance parameters of the network,chooses the grey relation grade as the payoff function,compares and selects excellent networks which the clients can access.By solving the Nash equilibrium between the clients and excellent networks,the clients can access the appropriate network. Experimental results demonstrate that the method can effectively select the appropriate network according to the needs of the clients.

non-cooperative game;Nash equilibrium;gray correlation analysis method;wireless network;selection methods

TP393

A

1001-2400(2014)05-0098-07

2013-07-10< class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間:

時(shí)間:2014-01-12

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(U1135002,61372075,61202389,61100230,61309016);中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目(K5051303004);國家密碼發(fā)展基金資助項(xiàng)目(MMJJ201201004);地理信息國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題資助項(xiàng)目(SKLGIE2013-M-4-1)

趙 婧(1989-),女,西安電子科技大學(xué)碩士研究生,E-mail:zhaojing201534@gmail.com.

http://www.cnki.net/kcms/doi/10.3969/j.issn.1001-2400.2014.05.017.html

10.3969/j.issn.1001-2400.2014.05.017