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⃝⃝可在www.sciencedirect.com在线ScienceDirectICT Express 5(2019)12www.elsevier.com/locate/icte认知无线电网络匹配理论综述萨扬坦·乔杜里印度Jadavpur大学电子通信系接收日期:2017年7月21日;接收日期:2017年11月23日;接受日期:2018年1月22日在线提供2018年摘要认知无线电网络是近年来出现的一种新的、有效的技术,可以有效地解决频谱资源短缺的问题。在讨论认知无线电网络中的频谱共享和资源管理问题时,许多研究工作都是从匹配理论的角度来解决的本文对这类作品进行了全面的研究。本文的目的是了解匹配理论在认知无线电网络中的基本原理和应用。c2018 韩 国 通 信 信 息 科 学 研 究 所 。 出 版 社 : Elsevier B.V. 这 是 一 篇 基 于 CC BY-NC-ND 许 可 证 的 开 放 获 取 文 章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。关键词:认知无线电;匹配理论;稳定婚姻问题;1. 介绍与所有其他自然资源一样,无线通信的频带也是有限的。然而,无线设备的数量正在迅速增加,并且对越来越多的频谱产生了惊人的需求。认知无线电(CR)网络的概念[1,2]已经被提出来通过有效的频谱共享技术来缓解这种情况。在CR 网络中,频带所有者被称为主用户(PU),并且未授权用户被称为次用户(SU)。CR网络背后的关键思想是,SU将在PU空闲时使用频带,但将在PU重新激活时返回这些信道[3]。因此,为了识别特定PU因此,CR网络使用先插后说(LBT)协议,而不是传统的先插后说(LAT)协议。显然,在CR网络中,有三个阶段:频谱感知,信道分配和数据传输。频谱感知完成后,为了保证网络的高性能,必须将空闲信道分配给合适的SU。这需要有效的频谱管理方案,电子邮件地址:sc. gmail.com。同行评审由韩国通信和信息科学研究所(KICS)负责https://doi.org/10.1016/j.icte.2018.01.008被称为所谓的“信道分配问题”。在现有文献中已经提出了几种算法和协议来解决这个问题。特别是,博弈论方法已被证明是非常富有成效的解决资源和用户之间的CR网络的利益冲突。在文献[4]中,作者提出了一种基于博弈论的CR网络自适应分布式信道分配策略,并提出了一种适应自私用户的无遗憾学习方法。文献[5]提出了一种基于重复博弈的动态频谱共享模型。进一步研究了模型的纳什均衡。文献[6]和[7]中的作者利用市场分析方法研究了频谱定价问题。作者在[8]中详细讨论了如何在CR网络中实现合作和非合作博弈以及纳什均衡本文主要研究CR网络中基于匹配理论的频谱共享和资源管理。匹配是将两个大小相等的集合中的元素相互映射的过程。元素的匹配由两组候选人的个人偏好决定。可以很容易地推断,在CR网络中,这个概念可以扩展到将SU与信道或PU匹配。因此,匹配理论可以促进根据两者2405-9595/c2018韩国通信信息科学研究所。Elsevier B. V.的出版服务。这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章(http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/)。A B AB∈B:B→∈A:A→′ ′ ′′AB=∈A∈′BA B∈A∈B=S.乔杜里/ ICT Express 5(2019)12-1513当事人的优先顺序。第二部分介绍了匹配理论的基本概念、匹配稳定性的定义和Gale算法在资源分配之后,那些没有获得任何资源的用户将发现自己被分配到空资源。Shapley算法获得稳定匹配。应用第三节详细讨论了CR网络中资源管理的匹配理论和扩展框架。第4节描述了未来的范围,并结束了论文。2. 匹配理论让我们考虑一个场景,我们正在匹配一组男人, 一群女人,.和是不相交的集合,具有相同数量的候选者。定义1. 匹配M是两个集合和的候选之间的一一对应,使得如果和b彼此匹配,则b M(a)和aM(b)。一对(a,b),其中a和b如果它们不被M匹配,但a偏好b′而不是M(a′),b′偏好a′而不是M(b′),则称为阻塞对。如果至少存在一个阻塞对,则匹配是不稳定的;否则,称为稳定匹配。我们需要把所有的男人和女人都匹配起来,这样每一段婚姻都是稳定的。这通常被称为“稳定的1962年,D.盖尔和L.沙普利证明,对于两组基数相等的集合,稳定婚姻问题总是可以解决的。在他们的开创性论文[9]中,他们提供了延迟接受算法,现在称为在讨论Gale-Shapley算法 客观地说,候选人的偏好可以根据其效用来定义。因此,根据定义,如果效用函数满足不等式ui(x)>ui(y),则第i个候选者更喜欢x而不是y因此,候选人的偏好可以量化,稳定匹配的正式定义可以给出如下。定义2. 设两组, ,具有相同的基数,N. 现在,对于每个a,一对一函数fa(b)[N]存在,它对候选人a的偏好进行排序。类似地,对于每个b,另一个一对一函数gb(a)[N]存在,它对候选人b的偏好进行排序。在这两种情况下,更高的值意味着更高的偏好。一个匹配μ:A→B被定义为稳定的,如果对任意a∈A和b∈B,满足μ(a)∈b,或者fa(μ(a))>fa(b),或者存在某个a′∈A使得μ(a′)=b和gb(a′)>gb(a).现在,我们提供的值得注意的是,在大多数实际情况下,用户集和资源集的大小并不相同。很自然地说,用户集合比资源集合具有更多的候选者。我们通过在初始化Algorithm 11:φ:所有用户都匹配到空集合φ。2:每个用户对资源集合进行排序,并根据其偏好的降序列出资源。3:每个资源对用户集进行排序,并根据其首选项的降序列出用户。4:匹配程序:重复5:每个用户建议最喜欢的资源。6:每个频道接受它收到的所有建议中最喜欢的用户7:每个被拒绝的用户都向其首选项列表中的下一个最佳资源提出建议。8:每个资源更新其接受的用户,考虑以前接受的用户和在本轮中获得的新建议。9:直到每个用户被分配给其中一个资源或被所有资源拒绝。这个算法的时间复杂度是O(N2),其中N是较大集合(在我们的例子中是用户集合)的大小。3. CR网络在这一节中,我们研究了匹配理论在CR网络的不同研究工作在[10]中可以找到无线网络中资源管理的基于匹配的框架的第一个全面研究作者详细讨论了CR网络、异构小小区网络(HetNet)和大规模设备到设备(D2D)通信中的匹配理论的不同方面。我们将只关注CR网络。CR网络的一个关键要求是,资源必须在PU和SU之间以分布式方式管理,因为不存在对所有用户的中央控制。这使得匹配理论成为CR网络中资源分配的有趣想法,因为Gale事实上,[11]中的作者已经证明,稳定匹配将始终提供优化集中式分配的总速率的至少一半,并且还表明,在瑞利衰落下,通过匹配可以实现总集中式速率的大约96%。在[11]的后续工作中,作者提出了一种用于信道分配的机会载波侦听多址(CSMA)协议[12]。资源分配已经通过符合IEEE 802.11标准的稳定匹配来实现。另一种分布式频谱分配方案已在[13]中提出,用于具有多个用户的CR中继网络。这里,已经考虑了覆盖模型,其中,充当协作中继的SU辅助PU因此,利益冲突在PU和SU之间引入提交人14岁。Chowdhury / ICT Express 5(2019)12证明了该方案的结果稳定匹配和弱Pareto最优解。该方案的新颖之处在于,当其他工作假设PU和SU之间的竞争时,该工作考虑PU与SU在频谱接入时间方面进行协商,或者使用满足双方最小速率要求的协作中继。在文献[14]中,讨论了CR网络中通过协作中继,SU帮助PU传输数据分组,从而促进双方的双赢局面。作者在[15]中描述了用于CR网络中的频谱分配的多对一匹配SU的效用函数与其可实现的吞吐量成比例,并且对于PU,效用是从SU收集的用于使用频谱带宽的收入此外,作者提出了一个贪婪算法,然后取代经典的Gale-Shapley算法与合作的然而,没有成本函数已被纳入效用函数的SU。在文献[16]中,研究了以网络作为匹配市场的协作频谱接入模型。研究了完全、部分不完全和不完全信息情形下的稳定匹配问题。一个稳定的匹配是已知的实现纳什均衡,虽然这并不能保证帕累托最优。在文献[16]中,作者证明了在部分不完全信息情形下,分布匹配算法(DMA)收敛于Pareto最优解。此外,设计问题和分析的效用损失,由于信息不足进行了讨论。[17]最重要的贡献是在CR网络中信道分配的稳定匹配框架中的瓦尔拉斯均衡的概念。瓦尔拉斯均衡是经济学中的一个传统概念,它是衡量资源管理效率的一个基准。一个市场在需求曲线与供给曲线相交的点上被称为瓦尔拉斯均衡为了达到瓦尔拉斯均衡,[17]使用价格调整方案来获得最优分配向量。因此,它实现了稳定的匹配,以将每个SU分配给网络中的多个信道。在[18]中,已经从匹配市场的角度解决了覆盖CR网络中PU和SU的配对问题。从PU的角度来看,所提出的模型在[18]的后续工作中,作者使用一对一匹配(O2OM)以及一对多匹配(O2MM)模型解决了[19在O2MM模型下,SU或者以时分复用(TDM)方式接入信道,或者在干扰约束速率限制下同时发送。此外,作者在[19]中表明,O2MM模型对PU具有更高的性能而对于SU,O2OM模式更好。在[20]中提出了具有多个主终端和次终端的CR网络,其中SU提供协作服务以换取频谱接入时间。设计了一个Stackelberg框架来获得最优频谱在一个时间框架内的SU的访问时间;而PU利用匹配博弈选择合适的SU作为合作伙伴。[21]中的作者使用Gale-Shapley算法为每个用户分配相等的功率,在SU中找到每个PU的最佳匹配。其次,通过最大化网络总效用,得到匹配SU的最优功率。在[22]中,信道分配问题被建模为整数规划问题,然后作者通过PU建议延迟接受(PPDA)算法实现多对一匹配过程。每个SU的效用被设计为在空闲和繁忙状态期间在所有信道上的总可实现速率。因此,本文考虑的吞吐量的主要和次要系统。作者在[23]中讨论了与算法1相比具有降低的计算复杂度的稳定匹配框架。这里,SU寻求对每个PU所拥有的一组正交信道的访问。然而,PU租用频谱并维持其最低速率要求。在本文中,SU和PU之间的效用优化问题已被制定为Stackelberg博弈,其中PU作为领导者,SU是追随者。随后,在它们之间获得了稳定的匹配。当PU和SU的数量相等时,N,网络中的平均计算复杂度为O(Nlog(N));而在最坏情况下,它是O(N2)。在[24]中提出了用于CR网络的盲匹配算法(BLMA)。作者定义了一个协议函数,该函数确定智能体的期望水平是否与另一个代理人的行为一致。随后,愿望水平兼容的代理相互提供报价。如果报价合理,他们就会被匹配;否则,他们会降低自己的期望水平,等待下一轮。该算法已被证明是收敛到双两稳定匹配的解决方案。4. 结论在本文中,我们讨论了如何匹配理论的概念已实施的CR设置。我们探讨了几个匹配理论为基础的机制,CR网络提出了各种最近的研究工作。然而,随着5G/MIMO技术的兴起,节点密度和网络复杂度将进一步增加。因此,资源分配的问题将是非常复杂的。因此,这提供了一个令人兴奋的范围,使用匹配为基础的框架,以有效地面对问题,在未来的研究工作。利益冲突作者声明,本文中不存在利益冲突引用[1] J. Mitola,G.Q. Maguire,认知无线电:使软件无线电更个人化,IEEE,Commun。6(4)(1999)13-18。[2] J. Mitola,认知无线电:软件定义无线电的集成代理架构(博士)diss.),瑞典斯德哥尔摩皇家技术学院,2000年。S.乔杜里/ ICT Express 5(2019)12-1515[3] S.陈晓,认知无线电:基于脑电的无线电通信,北京:计算机科学出版社。23(2)(2005)201-220。[4] N. 涅角,加-地陈晓,认知无线电网络中的自适应信道分配技术,北京大学学报,2001。网络Appl. 11(6)(2006)779[5] R. Etkin,A.Parekh,D.Tse,Spectrum sharing for unlicensed bands,IEEEJ.Sel.Areas Commun. 25(4)(2007)517-528。[6] D. Niyato,E. Hossain,认知无线电网络中竞争频谱共享的博弈论方法,在:Proc. IEEE Wireless Com-mun。网络确认,2007,pp. 十六到二十。[7] D. Niyato,E.林志玲,等.频谱共享中的竞争定价:动态博弈,纳什均衡的无效性和共谋.北京:计算机科学出版社,2001. 26(1)(2008)192-202。[8] B. Wang,Y.Wu,K.J.Liu,认知无线电网络的博弈论:概述,Comput。网络54(14)(2010)2537-2561。[9] D.洛杉矶盖尔李文生,大学入学与婚姻稳定性,国立台湾大学数学研究所硕士论文,1998。[10] Y. Gu,W. Saad,M.贝尼斯,M。Debbah,Z.韩,未来无线网络的匹配理论:基本原理和应用,IEEE Commun。53(5)(2015)52-59。[11] Y. Yaffe,A. Leshem,E. Zehavi,Stable matching for channel accesscontrol in cognitive radio systems,in:Intl.认知信息处理研讨会,埃尔巴,2010年,pp。470-475[12] A. Leshem,E. Zehavi,Y.杨文,多信道机会载波检测在认知无线电系统中的应用,北京:中国无线电出版社。选择区域Commun. 30(1)(2012)82-95。[13] S. Bayat,R.H.Y.Louie,Y.李湾,澳-地Vucetic,认知无线电中继网络与多个主要和次要用户:分布式稳定匹配算法的频谱接入,在:2011年IEEE国际。在Commun。(ICC),Kyoto,2011,pp. 1比6[14] 张毅,李宇,认知无线电网络中一种新的双赢中继选择匹配模型,国际无线电通信杂志。Conf. 机电科学电子学工程师(MEC),Shengyang,2013,pp. 2110- 2113[15] Y. Zhang, Y.顾,M.潘,智-地Han,认知无线电网络中基于分布式匹配的频谱分配,在:IEEE全球通信会议,Austin,2014,pp. 864-869[16] X. Feng等人, 认知无线电网络中的协作频谱共享:分布式匹配方法,IEEE Trans.Commun。62(8)(2014)2651-2664。[17] R.莫绍拉布湾Holfeld,T. Wirth,分布式信道分配 在认知无线电网络:稳定匹配和瓦尔拉斯均衡,IEEE trans.Wireless Commun。14(7)(2015)3924-3936.[18] A.J. Roumeliotis,S. Vassaki,A.D. Panagopoulos,覆盖认知无线电网络:用户配对的分布式匹配方案,在:Intl.无线通信和移动计算会议(IWCMC),杜布罗夫尼克,2015年,pp. 172比177[19] S.密西西比州瓦萨基Poulakis,A.D.Panagopoulos,齿向无线电网络中的频谱租赁:匹配理论方法,在:2015 IEEE 81st VTC Spring,Glasgow,2015,pp. 1比5。[20] N. Namvar,F. Afghah,合作认知无线电网络中的频谱共享:匹配游戏框架,在:年度会议。在Inf.Sci. 和Sys.(CISS),巴尔的摩,2015年,pp. 1比5。[21] B. Nazari , A.Jamaicour , Distributed user matching and powerallocation in cooperative cognitive networks,2015 IEEE Intl.Conf. 关于Commun(ICC),London,2015,pp. 3720-3725[22] L. Cao,H. Zhao,X. Li,J. Zhang,认知无线电网络中信道分配的匹配理论,2016 IEEE 83rd VTC Spring,南京,2016,pp. 1比5。[23] D. Hamza,S. Aissa,认知无线电网络中与稳定婚姻问题相关的用户匹配,在:2016 IEEE 84th VTC Fall,蒙特利尔,QC,2016年,pp. 1比5。[24] D. Hamza,J.S.李文,李文,李文:一种新的无线电通信系统的盲匹配算法,2000。35(2)(2017)302-316。
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