本發(fā)明屬于無(wú)線協(xié)作通信系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙重信息非對(duì)稱環(huán)境下基于信息監(jiān)督的協(xié)作通信激勵(lì)方法。

背景技術(shù)：

無(wú)線通信技術(shù)的快速發(fā)展，使得頻譜資源緊缺問(wèn)題日益嚴(yán)峻，目前已成為制約無(wú)線通信發(fā)展的瓶頸。協(xié)作通信技術(shù)借助于無(wú)線節(jié)點(diǎn)之間的協(xié)作中繼，能夠有效提高無(wú)線頻譜的利用率。然而，在實(shí)際的認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)和協(xié)作無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，普遍存在著非對(duì)稱網(wǎng)絡(luò)信息現(xiàn)象，使得在眾多中繼節(jié)點(diǎn)中選擇出合適的、信道狀態(tài)好的、通信能力高的中繼節(jié)點(diǎn)相當(dāng)困難。

針對(duì)非對(duì)稱性信息條件下的協(xié)作通信技術(shù)研究正得到研究者的關(guān)注，其中，基于頻譜合約共享策略的研究剛剛起步，現(xiàn)有文獻(xiàn)大多研究中繼用戶通信能力信息非對(duì)稱性引起的逆向選擇問(wèn)題，對(duì)于中繼用戶通信努力行為信息非對(duì)稱性引起的道德風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題關(guān)注較少。此外，非授權(quán)用戶(secondaryuser，su)的這些能力和努力信息不對(duì)稱現(xiàn)象常常同時(shí)并發(fā)，目前雙重信息非對(duì)稱環(huán)境下的協(xié)作通信激勵(lì)研究較少關(guān)注實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中繼節(jié)點(diǎn)的私有協(xié)作信息。通過(guò)文獻(xiàn)檢索，尚未發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有文獻(xiàn)涉及到雙重信息非對(duì)稱環(huán)境下基于信息監(jiān)督的協(xié)作通信激勵(lì)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種雙重信息非對(duì)稱環(huán)境下基于信息監(jiān)督的協(xié)作通信激勵(lì)方法。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：雙重信息非對(duì)稱環(huán)境下基于信息監(jiān)督的協(xié)作通信激勵(lì)方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

步驟1，通過(guò)將協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)映射成勞動(dòng)力市場(chǎng)，通過(guò)引入監(jiān)督節(jié)點(diǎn)，建立中繼節(jié)點(diǎn)、監(jiān)督節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)模型；

步驟2，在此基礎(chǔ)上，考慮到源節(jié)點(diǎn)雇傭監(jiān)督節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作信息，只需設(shè)計(jì)合適的契約以解決道德風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，建立基于契約理論的三階段stackelberg博弈模型：在第一階段，源節(jié)點(diǎn)向監(jiān)督節(jié)點(diǎn)提供契約條款，以獲得自身效用最大化，在第二階段，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)向中繼節(jié)點(diǎn)提供契約條款以獲得自身效用最大化，在第三階段，中繼節(jié)點(diǎn)選擇合適的中繼努力以獲得自身效用最大化；通過(guò)設(shè)置契約條款，從而有效地規(guī)避契約簽訂后中繼節(jié)點(diǎn)私有行為引起的道德風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，保證協(xié)作通信的實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步地，步驟1中，建立中繼節(jié)點(diǎn)模型實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：

由于第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)協(xié)作中繼努力ei，源節(jié)點(diǎn)所獲得的可用收益為πi＝θiei+δ，其中θi為每單位中繼努力所產(chǎn)生的收益，δ是服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量δ～n(0,σ²)；

采用線性共享策略，第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)所獲得的報(bào)酬wi可表示為wi＝αi+βiπi，其中，αi為其固定報(bào)酬，βi∈[0,1]是該節(jié)點(diǎn)的提成比例；

由于中繼節(jié)點(diǎn)付出的努力越大，他所付出的中繼成本ci(ei)也越大，并且，中繼成本會(huì)隨著付出努力的增大而增大，于是，ci′(ei)>0andci″(ei)>0，一般地，中繼成本ci(ei)可簡(jiǎn)單表示為其中，ci為第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的中繼系數(shù)以描述中繼傳輸信息，包括中繼信道狀態(tài)或電池性能；

于是，第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的收益可定義為其數(shù)學(xué)期望和方差分別為和

假設(shè)每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)具有絕對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)厭惡偏好，那么，其負(fù)指數(shù)效益函數(shù)可定義為其中，ρ表示中繼節(jié)點(diǎn)的arrow-pratt絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)厭惡程度，ρ越大，中繼節(jié)點(diǎn)越害怕風(fēng)險(xiǎn)，一般地，0≤ρ≤1，于是，基于上述假設(shè)，第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的期望效益為

進(jìn)一步地，步驟1中，建立監(jiān)督節(jié)點(diǎn)模型實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：

假設(shè)源節(jié)點(diǎn)雇傭監(jiān)督節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作行為，采用線性支付策略(u,v)，則監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的效用可定義為：

其中，u為監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的基本工資，v∈[0,1]為該節(jié)點(diǎn)的提成比例。

進(jìn)一步地，步驟1中，建立源節(jié)點(diǎn)模型實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：

考慮到監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)行為和中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作行為，源節(jié)點(diǎn)的效用可表示為：

其中，u0為源節(jié)點(diǎn)直接通信所獲得的效用。

進(jìn)一步地，步驟2中，所述中繼節(jié)點(diǎn)私有行為，所采取的實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：

假設(shè)中繼節(jié)點(diǎn)的私有信息θi在θ∈[θl,θh]范圍內(nèi)隨機(jī)分布，其概率密度函數(shù)為fi(θi)，分布函數(shù)為fi(θi)，其中θl<θh，fi(θi)>0，為了方便后續(xù)計(jì)算，令

進(jìn)一步地，步驟2中，協(xié)作通信激勵(lì)第三階段契約設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：

由于監(jiān)督節(jié)點(diǎn)知道中繼節(jié)點(diǎn)的中繼信息，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)提供給第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的契約條款為(αi,βi)，于是，第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)在付出中繼努力ei后獲得的效用為

為了確保中繼節(jié)點(diǎn)接收契約以獲得自身效用最大，契約條款需滿足以下激勵(lì)相容(ic)約束條件：

由上述ic條件，可得到最優(yōu)的協(xié)作中繼努力于是，第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的效用可簡(jiǎn)化為

進(jìn)一步地，步驟2中，協(xié)作通信激勵(lì)第二階段契約設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：

在第二階段，在給定源節(jié)點(diǎn)報(bào)酬(u,v)和中繼節(jié)點(diǎn)協(xié)作努力的前提下，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的效用可簡(jiǎn)化為：

監(jiān)督節(jié)點(diǎn)需提供給中繼節(jié)點(diǎn)的契約(αi,βi)產(chǎn)生的回報(bào)要高于其保留效用即設(shè)計(jì)的契約要滿足下面的個(gè)人理性(ir)條件：

于是，第二階段契約設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題為：在滿足中繼節(jié)點(diǎn)ic和ir約束條件下，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)效用的最大化：

由于監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的效用是αi的減函數(shù)，中繼節(jié)點(diǎn)的效用是αi的增函數(shù)，因此，降低αi可提高監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的效用，得知最優(yōu)的固定報(bào)酬

于是，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的效用最大化問(wèn)題可簡(jiǎn)化為

由于和因此，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)提供給中繼節(jié)點(diǎn)最優(yōu)的契約條款為

于是，在中繼節(jié)點(diǎn)最優(yōu)協(xié)作努力時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化效用為監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)效用為

進(jìn)一步地，步驟2中，協(xié)作通信激勵(lì)第一階段契約設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括：

在上述兩個(gè)階段基礎(chǔ)上，源節(jié)點(diǎn)效用可簡(jiǎn)化為：

源節(jié)點(diǎn)需提供給監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的契約(u,v)產(chǎn)生的回報(bào)要高于其保留效用即設(shè)計(jì)的契約要滿足下面的ir條件：

于是，源節(jié)點(diǎn)的效用最大化問(wèn)題為：在滿足監(jiān)督節(jié)點(diǎn)ir約束條件下，源節(jié)點(diǎn)效用的最大化：

由于是u的增函數(shù)而us是u的減函數(shù)，因此，要獲得最大的源節(jié)點(diǎn)效用，必須減少u，但至少要使得監(jiān)督節(jié)點(diǎn)獲得保留效用于是，最優(yōu)的固定報(bào)酬

于是，第一階段的契約設(shè)計(jì)問(wèn)題可簡(jiǎn)化為

由于和可得到最優(yōu)的契約條款：v^*＝1，

進(jìn)一步地，步驟2中，所述基于契約理論的三階段stackelberg博弈模型的最優(yōu)契約設(shè)計(jì)如下：

第一階段：

第二階段：

第三階段：

中繼節(jié)點(diǎn)最優(yōu)效用：

監(jiān)督節(jié)點(diǎn)最優(yōu)的期望效用：

源節(jié)點(diǎn)最優(yōu)的期望效用：

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出的一種雙重信息非對(duì)稱環(huán)境下基于信息監(jiān)督的協(xié)作通信激勵(lì)方法，該方法針對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息的雙重非對(duì)稱性，通過(guò)引入監(jiān)督節(jié)點(diǎn)，建立基于契約理論的三階段stackelberg博弈模型，以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作信息，從而有效地規(guī)避契約簽訂前中繼節(jié)點(diǎn)私有信息引起的逆向選擇問(wèn)題，保證協(xié)作通信的實(shí)現(xiàn)。并且，本發(fā)明提出的多用戶協(xié)作通信激勵(lì)方法易于實(shí)現(xiàn)，源節(jié)點(diǎn)和中繼節(jié)點(diǎn)之間的信息交互較少，因而該方法所需的信令開(kāi)銷較少。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的協(xié)作通信激勵(lì)方法的基于契約理論的三階段stackelberg博弈模型原理框圖。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本實(shí)施例假設(shè)無(wú)線協(xié)作網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)勞動(dòng)力市場(chǎng)。其中，源節(jié)點(diǎn)是雇主，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)為源節(jié)點(diǎn)的雇員，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作行為，同時(shí)，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)是中繼節(jié)點(diǎn)的雇主，雇傭中繼節(jié)點(diǎn)為源節(jié)點(diǎn)提供中繼服務(wù)。

本發(fā)明通過(guò)將協(xié)作通信網(wǎng)絡(luò)映射成勞動(dòng)力市場(chǎng)，通過(guò)引入監(jiān)督節(jié)點(diǎn)，建立中繼節(jié)點(diǎn)、監(jiān)督節(jié)點(diǎn)和源節(jié)點(diǎn)模型。在此基礎(chǔ)上，考慮到源節(jié)點(diǎn)雇傭監(jiān)督節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作信息，只需設(shè)計(jì)合適的契約以解決道德風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。建立基于契約理論的三階段stackelberg博弈模型，如圖1所示，在第一階段，源節(jié)點(diǎn)向監(jiān)督節(jié)點(diǎn)提供契約條款，以獲得自身效用最大化，在第二階段，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)向中繼節(jié)點(diǎn)提供契約條款以獲得自身效用最大化，在第三階段，中繼節(jié)點(diǎn)選擇合適的中繼努力以獲得自身效用最大化。通過(guò)設(shè)置契約條款，從而有效地規(guī)避契約簽訂后中繼節(jié)點(diǎn)私有行為引起的道德風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，保證協(xié)作通信的實(shí)現(xiàn)。

(1)中繼節(jié)點(diǎn)模型

由于第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)協(xié)作中繼努力ei，源節(jié)點(diǎn)所獲得的可用收益為πi＝θiei+δ，其中θi為每單位中繼努力所產(chǎn)生的收益，δ是服從正態(tài)分布的隨機(jī)變量δ～n(0,σ²)。

采用線性共享策略，第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)所獲得的報(bào)酬wi可表示為wi＝αi+βiπi，其中，αi為其固定報(bào)酬，βi∈[0,1]是該節(jié)點(diǎn)的提成比例。不同的中繼能力和中繼努力，中繼節(jié)點(diǎn)會(huì)獲得不同的固定報(bào)酬和提成。

由于中繼節(jié)點(diǎn)付出的努力越大，他所付出的中繼成本ci(ei)也越大，并且，中繼成本會(huì)隨著付出努力的增大而增大，于是，ci′(ei)>0andci″(ei)>0。一般地，中繼成本ci(ei)可簡(jiǎn)單表示為其中，ci為第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的中繼系數(shù)以描述中繼傳輸信息，如中繼信道狀態(tài)或電池性能等。

于是，第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的收益可定義為其數(shù)學(xué)期望和方差分別為和

假設(shè)每個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)具有絕對(duì)的風(fēng)險(xiǎn)厭惡偏好，那么，其負(fù)指數(shù)效益函數(shù)可定義為其中，ρ表示中繼節(jié)點(diǎn)的arrow-pratt絕對(duì)風(fēng)險(xiǎn)厭惡程度，ρ越大，中繼節(jié)點(diǎn)越害怕風(fēng)險(xiǎn)，一般地，0≤ρ≤1。于是，基于上述假設(shè)，第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的期望效益為

(2)監(jiān)督節(jié)點(diǎn)模型

假設(shè)源節(jié)點(diǎn)雇傭監(jiān)督節(jié)點(diǎn)監(jiān)測(cè)中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作行為，采用線性支付策略(u,v)，則監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的效用可定義為：

其中，u為監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的基本工資，v∈[0,1]為該節(jié)點(diǎn)的提成比例。

(3)源節(jié)點(diǎn)模型

考慮到監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)行為和中繼節(jié)點(diǎn)的協(xié)作行為，源節(jié)點(diǎn)的效用可表示為：

其中，u0為源節(jié)點(diǎn)直接通信所獲得的效用。

(4)中繼節(jié)點(diǎn)私有行為

假設(shè)中繼節(jié)點(diǎn)的私有信息θi在θ∈[θl,θh]范圍內(nèi)隨機(jī)分布，其概率密度函數(shù)為fi(θi)，分布函數(shù)為fi(θi)，其中θl<θh，fi(θi)>0。為了方便后續(xù)計(jì)算，令

(5)協(xié)作通信激勵(lì)第三階段契約設(shè)計(jì)

由于監(jiān)督節(jié)點(diǎn)知道中繼節(jié)點(diǎn)的中繼信息，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)提供給第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的契約條款為(αi,βi)，于是，第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)在付出中繼努力ei后獲得的效用為

為了確保中繼節(jié)點(diǎn)接收契約以獲得自身效用最大，契約條款需滿足以下激勵(lì)相容(incentivecompatibility,ic)約束條件：

由上述ic條件，可得到最優(yōu)的協(xié)作中繼努力于是，第i個(gè)中繼節(jié)點(diǎn)的效用可簡(jiǎn)化為

(6)協(xié)作通信激勵(lì)第二階段契約設(shè)計(jì)

在第二階段，在給定源節(jié)點(diǎn)報(bào)酬(u,v)和中繼節(jié)點(diǎn)協(xié)作努力的前提下，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的效用可簡(jiǎn)化為：

監(jiān)督節(jié)點(diǎn)需提供給中繼節(jié)點(diǎn)的契約(αi,βi)產(chǎn)生的回報(bào)要高于其保留效用即設(shè)計(jì)的契約要滿足下面的個(gè)人理性(individuallyrational,ir)條件：。

于是，第二階段契約設(shè)計(jì)優(yōu)化問(wèn)題為：在滿足中繼節(jié)點(diǎn)ic和ir約束條件下，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)效用的最大化：

由于監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的效用是αi的減函數(shù)，中繼節(jié)點(diǎn)的效用是αi的增函數(shù)，因此，降低αi可提高監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的效用，得知最優(yōu)的固定報(bào)酬

于是，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的效用最大化問(wèn)題可簡(jiǎn)化為

由于和因此，監(jiān)督節(jié)點(diǎn)提供給中繼節(jié)點(diǎn)最優(yōu)的契約條款為

于是，在中繼節(jié)點(diǎn)最優(yōu)協(xié)作努力時(shí)，中繼節(jié)點(diǎn)的優(yōu)化效用為監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)效用為

(7)協(xié)作通信激勵(lì)第一階段契約設(shè)計(jì)

在上述兩個(gè)階段基礎(chǔ)上，源節(jié)點(diǎn)效用可簡(jiǎn)化為：

源節(jié)點(diǎn)需提供給監(jiān)督節(jié)點(diǎn)的契約(u,v)產(chǎn)生的回報(bào)要高于其保留效用即設(shè)計(jì)的契約要滿足下面的ir條件：

于是，源節(jié)點(diǎn)的效用最大化問(wèn)題為：在滿足監(jiān)督節(jié)點(diǎn)ir約束條件下，源節(jié)點(diǎn)效用的最大化：

由于是u的增函數(shù)而us是u的減函數(shù)，因此，要獲得最大的源節(jié)點(diǎn)效用，必須減少u，但至少要使得監(jiān)督節(jié)點(diǎn)獲得保留效用于是，最優(yōu)的固定報(bào)酬

于是，第一階段的契約設(shè)計(jì)問(wèn)題可簡(jiǎn)化為

由于和可得到最優(yōu)的契約條款：v^*＝1，

(8)協(xié)作通信激勵(lì)模型契約優(yōu)化設(shè)計(jì)

上述三階段stackelberg博弈模型的最優(yōu)契約設(shè)計(jì)如下：

第一階段：v^*＝1，

第二階段：

第三階段：

中繼節(jié)點(diǎn)最優(yōu)效用：

監(jiān)督節(jié)點(diǎn)最優(yōu)的期望效用：

源節(jié)點(diǎn)最優(yōu)的期望效用：

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。