本發(fā)明涉及頻譜分配、激勵機(jī)制領(lǐng)域，特別涉及基于傷害程度的頻譜分配機(jī)制設(shè)計方法。

背景技術(shù)：

頻譜分配的機(jī)制設(shè)計是研究的熱門主題。在主市場中，政府機(jī)構(gòu)將特定的頻譜資源通過某種方式分配給主用戶，主用戶繳納一定的費用獲得頻譜的使用權(quán)。二級用戶(如一些小型無線電用戶)無法承受在頻譜初次分配階段高昂的費用。因此，在次級市場中，主市場的用戶可以將空閑的頻譜資源臨時租賃給二級用戶，以換取一定的利益。拍賣作為一種能夠保證真實性的激勵機(jī)制，已被廣泛應(yīng)用于頻譜分配。

在本發(fā)明作出之前，現(xiàn)有的頻譜拍賣仍然存在著如下問題：

1)真實性。作為傳統(tǒng)的拍賣機(jī)制設(shè)計，頻譜拍賣機(jī)制需要滿足真實性，也就是說，真實的報價是拍賣雙方(買家和賣家)的占優(yōu)策略，換句話說，拍賣雙方不能通過謊報報價來優(yōu)化自己的利益，而真實性能防止拍賣遭受操縱。現(xiàn)存的大部分頻譜拍賣都沒有考慮真實性，不能夠防范拍賣雙方的欺詐行為，因而可能損害整個拍賣的效益。

2)頻譜的異構(gòu)性。在現(xiàn)實中，信道在很多方面都存在區(qū)別，如空間和頻率。頻譜異構(gòu)性導(dǎo)致競標(biāo)的多樣性，買方可能對某些信道有偏好或要求，也就增加了算法的復(fù)雜度。大部分的頻譜拍賣機(jī)制只考慮同構(gòu)的頻譜，沒有考慮用戶需求的異構(gòu)性。

3)交易的異構(gòu)性?，F(xiàn)有的異構(gòu)頻譜拍賣中，買家付同樣的錢卻租賃到不同的信道，同樣，賣家得到相同的費用卻被分配不同的買家，這在傳統(tǒng)的交易市場中是不合理的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就在于克服上述問題，研發(fā)基于傷害程度的頻譜分配機(jī)制設(shè)計方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

基于傷害程度的頻譜分配機(jī)制設(shè)計方法，其主要技術(shù)特征在于步驟如下：

拍賣者作為頻譜持有者和二級用戶之間的掮客，在收集到空閑信道的要價和二級用戶對空閑信道的報價等信息后，拍賣者進(jìn)行決策工作，主要包括候選人的篩選、贏者決策、定價策略三個階段的工作。

所述的候選人的篩選階段包括如下步驟：

步驟1：拍賣者收集頻譜持有者提供的信道的要價和二級用戶對一個或多個信道提出的相關(guān)帶寬需求、報價；

步驟2：所有的二級用戶對所有的頻譜持有者的帶寬需求為一個二維矩陣，權(quán)值為帶寬需求；

步驟3：用最大權(quán)匹配算法(maximumweightedmatching)對帶寬需求矩陣進(jìn)行一對一匹配，得到候選頻譜持有者和候選二級用戶的以及他們之間的匹配關(guān)系。

所述的贏者決策階段主要是應(yīng)用mcafee算法來實現(xiàn)，包括如下步驟：

步驟1：排序。候選頻譜持有者根據(jù)信道的要價由低到高排序，即aj1≤aj2≤…；候選二級用戶根據(jù)與之匹配的信道的報價由高到低排序，即bi1≥bi2≥…；

步驟2：選擇臨界值k為報價大于要價的最大的下標(biāo)，即k為最大的，bik≥ajk，

步驟3：以和為基準(zhǔn)，計算臨界價格p和q，其中p為買家的臨時支付，q為賣家的臨時獲得。如果p＝q＝p0；否則p＝bik，q＝ajk。

所述的定價策略階段應(yīng)用了傷害程度，包括如下步驟：

步驟1：對于每個候選二級用戶-候選頻譜持有者對即買家-賣家對，在該買家ri不參與該場拍賣的情況下，重新進(jìn)行候選人的篩選和贏者決策，計算買家和賣家的臨時支付p-i和q-σ(i)，其中σ(·)為映射函數(shù)，hσ(i)為買家ri在候選人篩選階段匹配到的賣家；

步驟2：對于每個買家-賣家對，計算該買家參與該場拍賣時其他人的社會福利swi，以及該買家不參與拍賣時的社會福利sw-i，該買家-賣家造成的傷害程度為ddi＝sw-i-swi。其中社會福利是一種衡量整個拍賣對社會造成的效用函數(shù)，可以為所有贏者買家-賣家對報價和要價之差的累加和，也可以為所有賣家要價的累加和；

步驟3：對于每個買家-賣家對，從候選人買家-賣家對中選擇一對滿足約束的買家-賣家對的報價-要價來作為該買家-賣家對的最終支付。需要滿足四個約束(1)候選人買家-賣家對的報價-要價對于該買家-賣家對滿足個體理性；(2)候選人買家-賣家對的報價-要價對于該買家-賣家對滿足預(yù)算平衡；(3)根據(jù)傷害程度，所選擇的候選人買家的報價應(yīng)大于min(p，p-i+ddi)并且小于max(p，p-i+ddi)；(4)根據(jù)傷害程度，所選擇的候選人賣家的報價應(yīng)大于min(q，q-σ(i)-ddi)并且小于max(q，q-σ(i)-ddi)。若滿足上述條件的買家-賣家對不存在，則用臨時價格p和q作為最終該買家和賣家的最終支付價格。

本發(fā)明主要包括候選人的篩選、贏者決策、定價策略三個階段，實現(xiàn)了頻譜持有者和二級用戶的匹配，并決定了最終雙方的支付。整個過程是一種防策略(strategy-proof)的分配機(jī)制，即雙方通過謊報價格并不會提高他們的效用，也就是說，報出真實的價格是一個占優(yōu)策略(dominantstrategy)。

本發(fā)明的優(yōu)點和效果在于考慮到得到不同物品支付相同價格的不合理性，其主要在于考慮到某參與者參與拍賣后對整個拍賣造成的傷害，也就是說，如果該參與者不參與該拍賣，整個拍賣的效用反而會更優(yōu)，那就要對該參與者進(jìn)行懲罰，具體地說頻譜持有者得到更少的支付，二級用戶支付更多。為了充分考慮用戶的偏好，一個用戶可以對不同的頻譜提出不同的報價。同時，整個拍賣過程確保真實性，也就是說買家和賣家不能通過謊報來提高自己的收益，因此，真實的參與者也不用擔(dān)心謊報帶來的交易不公平。

附圖說明

圖1——頻譜擁有者與二級用戶拍賣模型示意圖。

圖2——頻譜分配過程例圖。

圖3——支付規(guī)則例圖。

具體實施方式

頻譜持有者(spectrumholder)擁有空閑的和已經(jīng)被占用的兩種信道，頻譜持有者釋放空閑的信道給二級用戶(secondaryuser)；二級用戶根據(jù)自己的需求對一個或者多個信道提出請求；拍賣者(auctioneer)作為頻譜持有者和二級用戶之間的掮客，決定贏者、贏者之間的匹配關(guān)系和贏者之間的相互支付。

圖1為本發(fā)明的過程示意圖，拍賣者負(fù)責(zé)買家和賣家之間的交互，主要包括候選人的篩選、贏者決策、定價策略三個階段的工作。

候選人的篩選包括如下步驟：

步驟1：拍賣者收集頻譜持有者提供的信道的要價和二級用戶對一個或多個信道提出的相關(guān)帶寬需求、報價，其中帶寬需求與買家-賣家之間的匹配有關(guān)，而報價與定價決策有關(guān)；

其中二級用戶可以對一個或者多個信道提出請求，體現(xiàn)了二級用戶的偏好以及報價的多樣性。

步驟2：所有的二級用戶對所有的頻譜持有者的帶寬需求為一個二維矩陣，權(quán)值為帶寬需求；如表1矩陣所示，有5個二級用戶分別對6個頻譜持有者提出帶寬請求，su3對所有的頻譜持有者的帶寬請求是{3，5，3，8，4，0}，su3對sh6的帶寬請求是0，說明su3對sh6沒有請求。

表1矩陣

步驟3：用最大權(quán)匹配算法(maximumweightedmatching)對帶寬需求矩陣進(jìn)行一對一匹配，得到候選頻譜持有者和候選二級用戶的以及他們之間的匹配關(guān)系。

贏者決策主要是應(yīng)用mcafee算法來實現(xiàn)，包括如下步驟：

步驟1：排序。候選頻譜持有者根據(jù)信道的要價由低到高排序，即aj1≤aj2≤…；候選二級用戶根據(jù)與之匹配的信道的報價由高到低排序，即bi1≥bi2≥…；

步驟2：選擇臨界值k為報價大于要價的最大的下標(biāo)，即k為最大的bik≥ajk，

步驟3：以和為基礎(chǔ)，計算臨界價格p和q，其中p為買家的臨時支付，q為賣家的臨時獲得。如果p＝q＝p0；否則p＝bik，q＝ajk；

如圖2所示，5個候選二級用戶和5個候選頻譜持有者，在候選人的篩選階段確定了匹配關(guān)系。二級用戶的報價由低到高排序，頻譜持有者的要價由高到低排序；找到k＝4為報價大于要價的最大的下標(biāo)，這里p0＝7.5，所以p＝7，q＝6。

定價策略體現(xiàn)了傷害程度，包括如下步驟：

步驟1：對于每個候選二級用戶-候選頻譜持有者對(簡述為買家-賣家對)，在該買家ri不參與該場拍賣的情況下，重新進(jìn)行候選人的篩選和贏者決策，計算買家和賣家的臨時支付p-i和q-σ(i)，其中σ(·)為映射函數(shù)，hσ(i)為買家ri在候選人篩選階段匹配到的賣家。

步驟2：對于每個買家-賣家對，計算該買家ri參與該場拍賣時其他人的社會福利swi，以及該買家不參與拍賣時的社會福利sw-i，該買家-賣家造成的傷害程度為ddi＝sw-i-swi。其中社會福利是一種衡量整個拍賣對社會造成的效用函數(shù)，可以為所有贏者買家-賣家對報價和要價之差的累加和，也可以為所有賣家要價的累加和。

傷害程度ddi可正可負(fù)。具體地說，如果傷害程度為負(fù)，說明該買家-賣家對之間的分配對這次拍賣造成了傷害，也就是說如果該買家不參與這場拍賣，其他買家可以占用該買家參與拍賣時占用的信道，并且整個拍賣的社會福利得到改善。在這種情況下，要對該買家-賣家對進(jìn)行懲罰，也就是說買家支付更多，賣家得到更少。相反，如果傷害程度是正的話，該買家-賣家對會得到相應(yīng)的補(bǔ)償，即，買家支付更少，賣家得到更多。

步驟3：對于每個買家-賣家對，從候選人買家-賣家對中選擇一對滿足約束的買家-賣家對的報價-要價來作為該買家-賣家對的最終支付。

需要滿足四個約束：

(1)候選人買家-賣家對的報價-要價對于該買家-賣家對滿足個體理性；

(2)候選人買家-賣家對的報價-要價對于該買家-賣家對滿足預(yù)算平衡；

(3)根據(jù)傷害程度，所選擇的候選人買家的報價應(yīng)大于min(p，p-i+ddi)并且小于max(p，p-i+ddi)；

(4)根據(jù)傷害程度，所選擇的候選人賣家的報價應(yīng)大于min(q，q-σ(i)-ddi)并且小于max(q，q-σ(i)-ddi)。若滿足上述條件的買家-賣家對不存在，則用臨時價格p和q作為最終該買家和賣家的最終支付價格。

對于每個買家-賣家對，選取的決定最終支付的候選人買家-賣家對可能是不同的，也就是說買家的最終支付或者賣家的獲得是不一樣的，解決了購買不同物品支付相同價格的不合理性。同時，選取的候選人買家-賣家對作為贏者買家-賣家對的最終支付，與贏者買家-賣家對本身沒有關(guān)系，即，若贏者買家-賣家對謊報自己的報價-要價對最終候選人買家-賣家對的選取沒有影響，確保了真實性。

如圖3所示，橫線上下方的符號表示各參數(shù)的位置，這邊ddi是正的，根據(jù)約束，尋找的候選人買家-賣家對在該圖的陰影部分；若不存在滿足約束條件的候選人買家-賣家對，則用臨時價格p和q作為最終支付。