博弈论在无线通信中的应用专题讲座(一) 第1讲 多用户MIMO系统中的有限反馈预编码博弈

博弈论在无线通信系统中已经得到了广泛的应用。而近年来,博弈论也逐渐成为研究多用户MIMO系统中各项关键技术的一种有效的理论工具。文章将介绍一类新颖的多用户MIMO有限反馈预编码博弈和潜博弈的概念。之后以MIMO中继网络中的中继节点预编码策略选择为例,说明博弈论是如何在多用户MIMO系统的研究中进行应用的。     

博弈论在无线通信中的应用专题讲座(三) 第5讲 物理层安全中基于Stackelberg博弈的资源分配算法

文章针对博弈论在无线通信物理层安全中的应用,首先简要介绍了无线通信中的物理层安全和斯塔克尔伯格博弈(Stackelberg game)相关概念,然后提出一种基于斯塔克尔伯格博弈的资源管理算法,有效改善了协同无线网络的物理层安全性能。该算法将人工干扰节点建模为卖方,将中继节点建模为买方,通过双方之间的交互来实现人工干扰节点功率的有效分配,最终达到提高系统安全速率的目的。     

协同通信中改进的机会选择策略研究

协同通信是近几年无线通信技术的研究热点,协同中继的选择策略直接影响到协同通信系统的性能。文章以多节点协同通信网为系统模型,研究了两种改进的机会选择策略,分析推导了该策略的中断概率的近似表达式,结果表明,这两种策略均可以获得比传统的机会选择策略更好的中断概率性能。     

海空跨域协同兵棋AI架构设计及关键技术分析

以深度强化学习为核心的智能博弈技术在游戏领域内的突破和进展为海空兵棋AI的研究提供了借鉴。智能体架构设计是需要解决的关键问题,良好的架构能够降低算法训练的复杂度和难度,加快策略收敛。提出基于随机博弈的海空跨域协同决策博弈模型,分析了相关的均衡解概念;在分析典型智能体框架基础上,针对海空兵棋推演决策博弈过程,提出基于多智能体分层强化学习的智能体双层架构,能够有效解决智能体间协作和维度灾难问题;从兵力协同、智能体网络设计、对手建模和训练机制共4个方面分析了关键技术。期望为海空兵棋AI设计实现提供架构指导。     

基于遗传算法的无线通信节点部署优化策略

根据无线通信节点部署过程中网络受到区域环境影响和电波传播损耗等实际问题,建立了考虑区域影响的信号衰减模型和无线通信网络覆盖模型,提出了一种综合考虑网络覆盖和通信干扰的优化部署策略。该策略采用了加速遗传算法,大大降低了计算量。基于该优化策略,通过仿真实验得到了特定区域的最优通信节点数和节点部署位置图。     

基于QAM调制的物理层网络编码中继误码性能

正交幅度调制(QAM)是物理层网络编码中一种重要的调制方式,文章介绍了ARB三节点模型中物理层网络编码中继映射准则,分析了QAM调制方式下中继的误码性能,得出了物理层网络编码在节省通信时隙之外所获得的"编码增益"。另外文章对ARB模型中发送节点功率分配问题进行了考虑,通过分析,进一步说明了物理层网络编码的可行性,最后文章探讨了下一步物理层网络编码中继映射准则可能的发展方向。     

飞行冲突网络演化博弈中牵制机制的研究

为有效解决飞行器冲突网络演化博弈模型背叛诱惑值较大合作行为不理想的问题,构建了飞行器冲突场景的有向网络,在此基础上提出了基于总度的牵制机制和基于聚类系数的牵制机制。在构建的有向网络中分别挑选总度和聚类系数大的节点赋予合作策略,在网络演化博弈的规则下自组织学习,为飞行器产生合作(避让)或背叛(不避让)的策略。仿真分析结果表明,提出的两种方法与随机牵制机制和特定牵制机制比较,能够将合作频率维持在较高水平,以较少的控制代价获得更好的飞行冲突解脱结果。     

面向多样性与随机性的无人集群合作演化建模及仿真

针对无人集群协同作战中个体策略选择的多样性,以及外部环境扰动带来的策略更新随机性问题,提出了一种基于公共物品博弈的无人集群合作演化机制。分析无人集群自主协同中的多样性与随机性需求,引入公共物品博弈构建基于Moran规则的无人集群合作演化模型;理论推导与解析分析多样性与随机性对集群稳态频率和合作水平的影响;最后,仿真验证理论推导的正确性,并分析参数变化对集群合作行为的影响,据此给出无人集群作战中有效应对多样性与随机性的合理建议。相关成果为揭示无人集群作战中的多样性与随机性机理,实现相关理论向现实应用的转化提供了理论支撑与仿真依据。     

博弈论在无线通信中的应用专题讲座(三) 第4讲 Ad Hoc网络中基于变分不等式的功率控制博弈

由于不存在基础设施以及分布式、自组织的特性,Ad Hoc网络中的功率控制问题适合于利用博弈论建模和分析。为了合理分配在多个信道上的发射功率,提高网络吞吐量,文中利用非合作博弈模型对功率控制问题进行了建模,并利用变分不等式对功率博弈问题进行了分析,得到了纳什均衡解存在性和唯一性的相关结论,并给出了分布式的迭代功率控制算法。     

航空自组网中面向容错的中继节点速度控制

由于飞机节点的通信距离有限,航空自组网的网络拓扑高动态的变化会导致频繁的网络分割并严重影响网络上层应用的正常运行。为了保证飞机节点之间端到端的连通性不受影响,航空自组网必须具备容错性,即任意一个节点或链路失效后网络仍然连通。通常情况下飞机节点的运动不可控,因此可在网络中加入一定数量的中继节点,通过控制中继节点的运动速度来实现并维持航空自组网的容错性。提出了一种在线中继节点速度控制方法,该方法根据网络当前状态计算出中继节点的最佳运动方式,在保证网络容错的前提下使得中继节点在网络运行时间内所运动的总路程最短。仿真结果表明该中继节点速度控制方法在航空自组网的容错控制方面具有潜在的应用前景。     

一种基于博弈论的无线网状网络路由与信道分配联合优化算法

无线网络中的路由与信道分配可极大地影响网络的性能.为了解决无线网状网络中的路由与信道分配问题,提出并研究了一种称为CRAG(基于博弈论的无线网状网络路由与信道分配联合优化)的方法.CRAG采用协同博弈的方式将网络中的每个节点模型化为一个弈者,每个弈者的策略为与其相关的路由与信道分配方案,收益函数为给定流量需求矩阵下的成功传输流量.弈者通过协同博弈来优化收益函数以最大化网络的吞吐量.基于NS3的仿真结果表明,CRAG在收敛性、时延、丢包率和吞吐量方面优于其他当前的算法,从而证明了协同博弈的方法可以用于无线网状网络的路由与信道分配联合优化,并有效地改进网络性能.     

无线Ad Hoc网络中一种多信道协同MAC协议

多信道所带来的MCC(Multiple Channel Coordination)问题是影响多信道系统性能的重要因素。文章针对无线Ad Hoc网络,提出了一种多信道协同MAC(Media Access Control)协议。该协议扩展了协同通信的概念,邻节点不再转发发送节点的数据,而是帮助发送节点发现和避免多信道中的MCC问题。文章还对经典二维Markov模型进行了改进,加入了多信道和协同机制,对所提协议进行了建模,分析了协同机制对系统性能的影响,并推导出了吞吐量性能和时延性能的表达式。仿真结果表明,采用协同机制可以有效解决MCC问题,文章中所提协议相对传统多信道MAC协议可以大大提高吞吐量和时延性能。     

基于合作博弈的智能集群自主聚集策略

以无人车集群系统协同监视再入体着靶过程为任务背景,开展智能集群自组织策略相关技术研究。设计无人车集群执行再入体着靶协同监视的集群行为模式;针对协同监视过程中的集群聚集行为,提出基于合作博弈的智能集群自主聚集策略。各智能体以实现群体聚集为"合作目标",以降低自身能量消耗为"竞争目标",开展博弈;基于微粒群算法规划局部路径,最终使群体系统涌现出聚集行为。仿真实验验证了设计的自主聚集策略的有效性。     

基于三方动态博弈模型的网络生存防御策略优化配置

针对网络攻防环境中防御方以提高系统生存能力为目的所进行的最优生存防御策略的选取问题,提出了一种基于完全信息动态博弈理论的生存防御策略优化配置算法。将恶意攻击方、故障意外事件及防御方作为博弈的参与人,提出了一种混合战略模式下的三方动态博弈模型,对博弈的主要信息要素进行了说明,以混合战略纳什均衡理论为基础,将原纳什均衡条件式的表达式转化为可计算数值结果的表达式,并据此增加了近似的概念,最后,将提出的模型和近似纳什均衡求解算法应用到一个网络实例中,结果证明了模型和算法的可行性和有效性。     

基于群决策协同网络信息的掩护机编队选择

针对任务机群中掩护机编队的选择,用群决策协同网络信息模型进行了掩护机编队的选择。首先,给出了协同网络、模糊数和语言变量的相关概念;其次,分析了掩护机编队选择的指标体系框架和协同网络信息框架;然后,构建了群决策协同网络信息的数学模型,在此基础上,给出了方案选择的步骤;最后,运用该模型对掩护机编队的选择进行求解。结果表明：该模型能够综合群体专家的知识,解决掩护机编队选择中的定性判断问题。该模型可用于个体指标和协同指标均为定性指标时的方案优选问题。     

IDRP：行星际DTN路由协议

为解决星际网络场景下的数据传输问题,提出了一种星际容延迟网络路由协议:利用节点的历史连接信息来预测该节点与其各个邻居节点的连接恢复时间;当两个位于同一个域的节点互相连接时,交换彼此的连接时间预测表,并据此决定是否需要使用对方作为中继节点;深空节点的存储资源常常受限,在进行路由选择时将节点的存储区消耗情况也纳入决策。使用NS2进行地-火通信场景仿真,使用一种改进的泛洪路由和一种仅选择网关节点作为下一跳选择的路由策略作对比。仿真结果表明相比其他两种协议,提高了14%的投递成功率并减少了50%的平均传输延迟,并更有效的利用了节点存储资源。     

相对价格视角下的军队预算制度变迁

文章认为,从新制度经济学的角度来看,军队预算制度可以看作是各参与主体博弈的均衡,博弈初始条件的变化主要是相对价格的变化产生了现有制度下不能获得的潜在利润,而对潜在利润的追求导致预算制度由非均衡向均衡的变迁。文章在分析要素价格、信息成本和预算技术三种相对价格变化形式对军队预算制度变迁作用的基础上,提出促进军队预算制度有效变迁的措施:正确认识预算制度均衡与非均衡,完善预算激励与约束机制,兼顾正式制度与非正式制度建设。     

基于活跃度和任务的目标导向VANETs路由算法

针对车载自组织网络(VANETs)中节点移动速度快、节点任务分布不均、网络拓扑结构不稳定等特点,提出了一种基于节点活跃度和任务的目标导向VANETs路由算法GATRA(goal-oriented routing algorithm based on activity and task)。该算法根据当前运动节点的运动方向与目标节点的关系,以及任务饱和程度,综合考虑采用消息携带还是转发策略,以节约传输平均时延。在选择中继节点时,综合考虑邻接节点的位置、运动速度和方向等影响因素,设计节点活跃度的计算方法,作为选择中继节点的策略,从而提高了消息传输的成功率。仿真结果表明,与当前典型的VANETs路由算法相比,GATRA算法在传输成功率和平均延迟时间上具有较大提升。     

基于能量均衡的无线传感器网络生命周期延长策略

为了从能量均衡角度出发解决无线传感器网络生命周期延长问题,从而延长整个物联网生命周期,针对无线传感器网络节点遭遇"路由空洞"的时候出现路由中断和生命周期缩短现象,分析能量消耗原理,构建最优跳数模型和能量均衡协议,并提出采用能量均衡的思路减少节点能量消耗。实验仿真发现,应用能量均衡协议使无线传感器网络节点能量分布更加均匀,节点能量消耗时间明显变长,而个别节点能量消耗速度明显大于其他节点的情况得以减少,达到延长无线传感器网络生命周期的目的。仿真结果验证了该方法的可行性。     

装备采办中一级密封招标的博弈均衡分析

针对装备采办中的一级密封招标问题,分析了招标过程中的博弈特点,给出了一维贝叶斯均衡的求解方法和解析表达式,论证了在军工企业的最优战略是选择博弈的贝叶斯均衡,军方的选择是增加竞标者的人数。然后,重点分析了招标过程中的多维博弈问题,给出了多维贝叶斯均衡的一般求解方法,并针对特定的事例进行了多维均衡分析。最后,在多维博弈的框架下对一维博弈和多维博弈的均衡结果进行比较分析,结果表明：在一级密封招标过程中,多维博弈均衡是军工企业的最优战略。