新无线体域网

1、 体域网1 绪论1.1 研究背景及意义近年来，随着经济的发展，人们对生活品质的需求不断提升。随着传感器技术的成熟，无线通信技术的不断发展，无线体域网的应用逐步进入人们的日常生活。以远程医疗监护为例，无线穿戴式医疗监护已成为了可能。根据需求，人们可通过将各种传感器置于身体各部位，组建所需要的无线体域网结构，通过传感器端的检测和发送数据来获到人体健康、运动等状况。对比传统医疗存在的不足，远程无线医疗监控通过在患者身体上布置无线体域网，将医护人员所需要的各种生理参数通过无线的方式传送至监控仪器，这样可以避免仪器线路的影响，也解决了仪器对病人活动空间的影响，也减轻医护人员 24 小时监护病患的工作量，

2、工作数据记录也可完整无误。此外，无线监护系统的长期监控状态，在病理数据累积的过程中，起到了预防疾病的作用。对于正常的健康人，也可以通过这样便携的监护体系进行健康保健。同时，在一些特定的人群中，比如运动员，可以通过监测心律、体温以及运动速度强度等信息，来提示运动员控制训练强度，在无形之中监护系统也起到了健康体能教练的作用。同时，无线体域网也能帮助残疾人定位，进行行动导航。随着技术的成熟和发展，无线体域网在日常生活、医疗、娱乐、军事等领域也将有着重要的地位和应用。也就是说，无线体域网所涉及到的范围可以大致分为医疗应用和非医疗应用这两大类。无线体域网在多方面的应用都将发挥着显著的意义，因此对无线体域

3、网的深入研究有着深远的意义。目前，越来越多的学者专家投入到无线体域网的研究领域，而随着应用当中越来越多的需要以及限制，对无线体域网的系统和架构的思考有了新的要求和挑战。例如，能量限制、数据传输速率的可变范围、可靠性和服务质量、针对医疗专业人士的易用性、互操作性、防干扰、安全性等。IEEE802.15.1 是第一个将短距离作为重点的个域网标准，而 IEEE802.15.4 则将重点放在了低功耗的操作上。之前的研究表明，IEEE802.15.4 只满足了低速率的医疗应用寿命要求，而事实上 IEEE802.15.4 标准却为医疗应用提供了一个解决方案3。2004 年起，国际届每年会召开 BSN（Bo

4、dy Sensor Network）会议来交流探讨无线通信领域相关体系的技术细节。2007 年 11 月，IEEE 组织成立了 IEEE802.15.6 工作小组，该小组旨在制订专门用于无线体域网的通信标准。2010 年 5 月，IEEE802.15.6工作小组创建了标准的初稿，并正在继续对其进行完整和发展。相关的文件中总结改进了各专家探讨提出相关的技术细节，旨在推动无线体域网这一交叉技术领域的进一步发展。然而，目前针对于无线体域网所提出的媒体接入方法还不能完全满足网络在应用过程中低功耗、可靠性等方面的需求，所以对无线体域网 MAC 层的深入研究对改善网络及系统性能很有必要。1.2.1 无线体

5、域网主要特征（1）低功耗无线体域网对于植入体内的传感器节点很难替换和充电，即便对于穿戴的体外传感器节点也便于经常更换电池和充电。所以，在能耗的利用上无线体域网的要求更加严格，对于无线体域网的网络协议设计，首要目标是保证能量的高效利用5。（2）可扩展性无线体域网不同于传统意义上的无线网络，无线体域网规模比较小，由人体体表或体内植入的几个到十几个传感器节点构成。可以这样理解，无线体域网是以人体为载体的无线传感器网络。另外，由于人体四肢的运动，网络拓扑在一定程度上会有相对的变化。所以无线体域网是一个动态的随人体活动变化的无线传感器网络。（3）可靠性基于人体为载体的无线体域网信号传输中的衰减也比较大。

6、人体环境结构的特异性和阴影效应会造成信号传输过程中的极大路径损耗，也就是说无线体域网在通信过程中所需要的能量也比同规模的其它网络要大很大。与传统的以数据为中心无线传感器网络( wireless sensornetwork，WSN) 相比，WBAN 有着如下特点: a) 网络规模小。研究表明，人体体表或体内大约可以部署10 20 个各类传感器节点3，因此它不可能像WSN 那样，向目标区域随机部署大量的传感器节点，让它们以协作的方式完成对某一参数的采集任务，这样就增加了对单个节点数据处理能力和能耗的要求。b) 能量高度受限。对于植入体内的传感器节点很难替换和充电，即便是对可穿戴式的传感节点进行替换

7、也是对人体有侵害性的，而且影响人体的舒适度1，这就要求每个传感器节点利用有限的能量最大限度地延长自身的生命周期。c) 信号传输的衰减快，由于人体组织结构的特异性和阴影效应，信号传输过程中会造成极大的路径损耗4，5，这也就意味着WBAN 中通信所需要的能量要比同等规模的其他网络多得多。d) 网络的异构性。WBAN 中的每个节点因其功用不同而被部署在人体的特定位置，每个节点都以不同的频率和数据速率完成对不同目标参数的采集和发送，因此对单个节点的能耗要求更高。e) 无线链路的时变性6，7。WBAN 是以人体为中心的网络，人体姿势的轻微变化( 尤其是人体四肢的活动) 都会影响整个网络的拓扑结构，由此带

8、来的通信中断而产生的数据重传以及网络拓扑的重构都会消耗大量的额外能量。南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章 功率控制技术及博弈论15在博弈论决策中，多个博弈参与者共同影响博弈的结果；而在最优化决策理论中，决策者自己就可以掌握决策结果。2.2.2 博弈论的发展历程在历史发展进程中，博弈论的思想很早就出现：古代中国的“田忌赛马”蕴含着博弈的思想；James Waldegrave 在 1713 年提出了两人博弈的极小极大混成博弈策略；古诺(Cournot)在 1838 年提出的产量竞争模型、埃奇沃思(Edgeworth)在 1881 年提出的契约曲线及贝特朗(Bertrand)在 1883 年提出

9、的价格竞争模型都包含着博弈思想。然而，人们对博弈思想的理论化研究 20 世纪以后才真正深入。1928 年，冯诺依曼运用最小最大定理解出了二人零和博弈模型，为博弈论的发展指引了方向。随后，冯诺依曼联合摩根斯坦恩共同出版了博弈论与经济行为，将他们定义的关于博弈理论的数学模型及工具进行总结，并提出了将参与者划为联盟的合作博弈思想，指引了博弈论新的研究方向。1950 年，约翰福布斯纳什(John Forbes Nash)在他的博士论文非合作博弈中，将博弈论由整体利益转向个人利益，提出了非合作博弈的理论22，并详细阐述了纳什均衡(NashEquilibrium)的思想及其存在性。基于纳什均衡在复杂博弈模

10、型中的局限性，塞尔顿在 1965年提出了子博弈完美纳什均衡思想(Subgame Perfect Nash Equilibrium)，扩大了纳什均衡理论的应用范围。此后，在 1967 年，考虑到不完全信息情况下纳什均衡的应用，海萨尼提出了贝叶斯纳什均衡(Bayesian Nash Equilibrium)理论。在此阶段，纳什均衡理论的基本思想及纳什均衡解的存在性和唯一性的证明得到迅速发展。20 世纪 60 年代到 80 年代，博弈论得到进一步的丰富和发展，并逐渐走向成熟。在这一时期，学者们经过不断的深入研究，提出了“微分均衡”、“重复博弈”、“强均衡”以及完全信息动态博弈等概念，并产生了大量研究

11、成果及文献。计算机技术的迅速发展，使博弈理论能够用于较复杂的模型中，得到其博弈解。比如博弈论已应用于政治学、军事学、生物学、统计学等多门学科中，逐渐成为人们解决决策问题的工具。近年来，博弈论不断得到发展和完善。1994 年，诺贝尔经济学奖授予了塞尔顿、萨尼、和纳什三位博弈论学者，以表扬他们在非合作博弈领域里的杰出贡献；在不完全信息激励理论方面，米尔里斯(Mirrless)和维克里(Vickrey)获得了 1996 年的诺贝尔经济学奖；2005 年，谢林(Schelling)和奥曼(Aumann)获得了诺贝尔经济学奖，以表彰他们将成熟的博弈理论成功运用于社会生活中，使人们对冲突与合作的关系更加了

12、解。南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章 功率控制技术及博弈论172.2.4 博弈论的分类实际中可从不同的方面对博弈进行划分，比如依据博弈参与者的数量多少，可分为双人博弈和多人博弈；依据博弈参与者选择决策行为的先后顺序，可分为动态博弈(Dynamic Game)和静态博弈(Static Game)；依据博弈参与者对其他参与者所了解信息的多少，可分为完全信息博弈(Game with Complete Information)和不完全信息博弈(Game with Incomplete Information)；依据博弈参与者相互的合作关系，可分为非合作博弈(Non-Cooperative Gam

13、e Theory)和合作博弈(Cooperative Game Theory)。如表 2.1 所示表示了常见的博弈分类。表 2.1 博弈的分类分类依据 博弈类型参与者数量 双人博弈；多人博弈博弈次序 动态博弈；静态博弈参与者信息 完全信息博弈；不完全信息博弈合作关系 非合作博弈；合作博弈近年来博弈论的主要研究方向为非合作博弈及合作博弈。在非合作博弈中，根据博弈参与者的行为次序及在博弈中所获信息的不同，可将非合作博弈划分为：完全信息静态博弈、不完全信息静态博弈、完全信息动态博弈和不完全信息动态博弈。其中，完全信息静态博弈是由纳什提出的，对应的均衡即为纳什均衡；不完全信息静态博弈由海萨尼在 196

14、7 年提出，在对其他博弈参与者类型进行预测时，需采用贝叶斯法则，因此对应的均衡为贝叶斯纳什均衡；赛尔顿在 1965 年提出了完全信息动态博弈，将完整博弈划分成若干个子博弈，所对应的均衡为子博弈精炼纳什均衡；不完全信息动态博弈由赛尔顿在 1975 年提出，所对应的均衡为精炼贝叶斯纳什均衡。如表 2.2 所示。表 2.2 博弈按参与者信息的分类时间次序信息静态 动态完全信息 约翰纳什纳什均衡赛尔顿子博弈精炼纳什均衡不完全信息 海萨尼贝叶斯纳什均衡赛尔顿精炼贝叶斯纳什均衡在合作博弈中，每个博弈参与者采取的是一种合作的方式，或者说是一种妥协，目的是通过合作的方式使得每个博弈参与者及整个系统的收益都达到

15、最优。合作博弈注重的是整体南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章 功率控制技术及博弈论162.2.3 博弈论的基本模型博弈论包含自身的博弈模型，其中，一个完整的博弈模型包含 3 个基本组成部分，即博弈参与方(Player)、策略行为集合(Strategy set)及效用函数(Utility Function, UF)。由此，可以从5 个方面来对博弈论的基本模型做详细的描述，即 G=P,A,S,I,U。（1）P(player)，博弈的参与者，也可称为“局中人”“博弈方”，是指在博弈中独立决策、独立承担后果，并且使自身利益达到最好来选择策略行为的决策主体。其中，博弈的参与者可以是个人也可以是团体组

16、织。无论参与者是个人还是团体，一旦参与博弈，各参与方互相平等，都必须按照一定的博弈规则确定自己的策略行为。（2）A(action)，所有博弈参与者的策略行为组成部分。指在博弈过程中，每个参与者在与其他参与者进行博弈时，可选择的行为策略。对于博弈局中人来说，在不同的博弈过程中可以选择的策略行为是不同的，即使同属于一个博弈过程中，可选择的策略行为也是不同的，可能是一种或是多种，甚至无限多种。（3）S(strategies)，博弈的次序。在实际的许许多多博弈决策中，当有许多博弈局中人需要进行决策行为时，有时这些博弈参与者需要在同一时间做出决策行为，以保证博弈方的公平性，而有时博弈参与者的决策行为要有

17、不同的先后顺序，而且有的博弈参与者需要做出多次决策行为。因此，在博弈中，需要定义博弈参与者之间的次序，如果两个博弈仅仅次序不同，那么他们是不同的博弈。（4）I(information)，博弈信息。在博弈中，信息的掌握对于博弈方非常重要，信息掌握的越多，博弈参与者的决策行为就越准确。因此，博弈参与者应尽可能的掌握更多的博弈信息，在博弈选择决策行为时更为主动，从而确保决策行为的准确性。（5）U(utility)，博弈参与者的效用，又称为收益。是指博弈参与者选择策略行为后所获得的收益，对于每个博弈参与者来说是其策略行为的函数，是参与者最注重的，比如消费者所获得的收益、厂家所获得的利润。通常判断博弈结

18、果的好坏是通过各博弈参与者数量关系的比较得出的，况且研究的大部分博弈模型，都包含着一定的数量关系。因此，可以采用包含博弈参与者策略行为的效用函数来表示博弈参与者的收益情况。在研究博弈问题时，当确定好以上五项的基本概念时，该博弈问题就可得到量化，将实际问题转化为数量关系模型。博弈论的基本思想就是运用以上五个方面，对每个博弈进行分析，以找到每个博弈参与者最优的策略行为。142.1.3 集中式功率控制和分布式功率控制根据控制端的不同，功率控制技术可分为集中式功率控制和分布式功率控制。集中式功率控制的控制端为基站，基站为整个系统的控制中心，根据接收到的信号功率及其链路增益调整用户的发射功率；分布式功率

19、的控制端为用户本身，自行调节各自的发射功率。集中式功率控制通过中央控制单元(Central Control Unit, CCU)对系统中用户的发射功率及其各自的链路增益进行调节，利用了系统用户的链路信息，功率控制的效果较为理想。但是，该方法调节用户端的发射功率时需利用系统用户的链路信息，在任意时刻都需要知道链路增益矩阵，当系统中用户较多时，该方法复杂度较高。不易实现。与集中式功率控制相比，分布式功率控制中没有中央控制单元20，相反，而是各用户自行调整自身的发射功率。对于每个用户来说，通过类似迭代的方法实现自身最优的发射功率，在迭代过程中只利用了各用户链路的接收端信干比，算法较为简单，效率较高，

20、在实际通信中越来越广泛的得到应用。2.2 博弈论简介在人们日常的社会生活中，人与人之间总是存在一定的利益冲突，即使在“双赢”的合作方式中，同样存在着利益谁多谁少的矛盾。当人与人之间发生利益冲突，决策人选择决策时，不仅考虑到决策对自己所带来的利益，而且还要关注决策对其他人所带来的利益，像这种选择决策的行为就称为“博弈”。博弈论就是基于现代成熟的数学模型基础上研究博弈问题，是研究决策主体及其他主体决策相互均衡的理论，即某个决策主体的选择受到其他主体的影响，同时该主体的决策也会影响其他主体的选择。2.2.1 博弈论的概念博弈论(Game Theory, GT)，是一种关于游戏的理论，研究决策主体的行

21、为发生直接相互作用时的决策以及这种决策的均衡问题的理论21，即博弈是一些个人或组织在一定的规则约束下，对所遇到的环境从中各自允许选择的行为或策略中进行选择并加以实施，各自取得相应结果的过程。由于该理论所研究对象的广泛存在，目前被应用于多个学科如经济学、生物学、计算机科学、政治学甚至军事策略等。在博弈论中，所有的参与者都在一定的约束条件下使自身的利益达到最好，彼此之间的行为相互影响，是研究博弈参与者策略之间相互依赖的行为。与最优化理论的决策不同的是，南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章 功率控制技术及博弈论18参与者的效率、公平和公正。研究的是博弈参与者通过合作的方式在一定的约束条件下如何分配

22、所获得收益，合作博弈论也可称为联盟博弈，其存在的两个基本条件是：（1）通过联盟的方式，系统所获得收益多于参与者单独所获得的收益和。（2）在联盟内部，应存在具有帕累托改进性质的分配规则，即每个参与者都能获得比不加入联盟时多一些的收益。合作博弈所包含的本身特性决定了这两个基本条件是否可以顺利满足并实现，即在联盟结构中各参与者的信息是可以互换的，必须遵循共同的约束协议。而在非合作博弈模型中，每个参与者单独选择策略行为，并不遵循保证整体效用的共同准则。合作博弈按照合作之后的收益变化可分为本质性的合作和非本质性的合作，若合作之后各博弈参与者及整体的收益有所增加，则此合作博弈是本质性的，即合作后该联盟存在

23、净增收益；若合作之后各博弈参与者及整体的收益并没有增加反而下降，则此合作博弈为非本质性的。合作博弈与非合作博弈区别主要在于合作博弈是研究各参与者达成合作时如何分配合作所得到的收益，即收益分配问题。而非合作博弈是研究参与者在利益相互影响的情况下如何选择策略行为使自己的收益最大，即策略行为选择问题。合作博弈强调的是联盟内部各参与者之间的信息互通，只有通过各参与者之间信息的互相交换，合作才可进行。2.2.5 纳什均衡在经济学中，均衡指的是各相关变量处于稳定状态。在博弈论中，可以通过均衡来判定博弈的稳态性，也可以判定算法是否收敛。约翰纳什在 20 世纪 50 年代发表了两篇关于非合作博弈的文章22，对

24、均衡解的思想作了阐述，并提供了证明均衡解存在性和唯一性的依据，即纳什均衡(Nash Equilibrium, NE)。纳什均衡是判定非合作博弈是否达到稳定状态的重要依据，奠定了现代博弈论发展的基础。在一个基本的博弈 1 1, , ; , ,n nG = s s u u中，由每个博弈方的策略行为组成的策略集合( )1, ,ns s ，若任一博弈方的策略行为is 都是其他博弈方策略集合( )1 1 1, , , , ,i i ns s s s +的最佳策略行为，即( ) ( )* * * * * * *1 1 1 1 1 1, , , , , , , , , , , ,i i i i n i i

25、ij i nu s s s s s u s s s s s + + （2.1）对ij i s s都成立，则可认为 ( )* *1, ,ns s 为基本博弈 G 的一个“纳什均衡”。由上可以看出，纳什均衡是所有博弈方的最优策略行为集合，此时的每一个博弈参与者的策略行为都是对其他参与者策略行为的最优反应，达到平衡的状态。要实现纳什均衡，必南京邮电大学硕士研究生学位论文 第二章 功率控制技术及博弈论19须要求博弈方互相认识彼此的决策行为，即每个参与者都能预见其他参与者的均衡策略。当一个博弈中的参与者达到纳什均衡状态时，任何一个参与者都不能独自的改变本身的策略行为以增大自身的收益而不影响其他参与者的策

26、略行为。因此，纳什均衡表示的是博弈的稳态性，一旦达到纳什均衡状态，表明该博弈各个参与者之间达到均衡状态，不再进行策略行为的选择。而纳什均衡也存在不足之处，纳什均衡的状态并不一定是唯一的，在有些实际问题中会存在多个纳什均衡。2.2.6 帕累托最优帕累托最优(Pareto Optimality)，也称为帕累托效率(Pareto Efficiency, PE)。这个概念是由意大利经济学家维弗雷多帕累托在关于经济效率和收入分配的一篇论文中提出，在经济学、工程学和社会科学中有着广泛的应用。帕累托最优是博弈论中非常重要的概念，指的是资源分配的一种最优的状态，在不使任何参与者情况变坏的情况下，不可能再使某些

27、参与者的处境变好。在一个基本的博弈 1 1, , ; , ,n nG = s s u u中，由每个博弈方的策略行为组成的策略集合( )1 11, ,ns s ，如果不存在任何的策略行为集合( )21 2, ,ns s 使得：( ) ( )2 2 1 11 1, , , , ,i n i nU s s U s s i N（2.2）则称策略集合( )1 11, ,ns s 为该博弈的帕累托最优。当在某个博弈中，博弈参与者达到帕累托最优状态后，不可能再有更多的帕累托改进的余地，帕累托最优是公平与效率的“理想王国”。与纳什均衡不同的是，帕累托最优是从合作的角度出发，各博弈参与者互相交换各自的信息，从而

28、获得整体最优的效益；而纳什均衡只是表示一种均衡状态，各博弈参与者只从自己的角度出发，选择自己的最优行为策略，而并不考虑其他参与者策略行为的选择，是一种自私的行为策略选择。由此可见，纳什均衡只是博弈参与者达到平衡的一种状态，而并不是一种帕累托最优，不是一种完美的结局19策略组合。这个方法只是适合于博弈参与者比较少，博弈资源也比较有限的情况下，同时在博弈模型中可能存在的策略组合比较少。根据博弈模型的纳什均衡的定义，对所有存在的策略组进行逐个检验对比，就能找到其中最适合的策略组合，即纳什均衡解。但很多博弈并不是单纯的存在很少的策略组合，往往存在很多的博弈参与者，也存在很多的策略可以供博弈参与者选择，

29、有时每个博弈参与者可以选择一个或者多个甚至无数个的可选策略，这样的博弈模型要选出其中的最优组合策略是很难的。因为在采用逐一检测所面临的工作量是十分巨大的，甚至不会得到结果，因此为了找出纳什均衡，必须选择快捷准确的其他算法。求解纳什均衡的方法一般有：反应函数法(Reaction Functions)，严格下策反复消去法(Repeatedly Elimination of Strict Dominated Strategies)，混合策略纳什均衡，递推归纳法(Backward Induction)的解法等等。但并不是所有的博弈模型都存在唯一的纳什均衡，有的博弈模型会存在很多的纳什均衡解，这就需要根

30、据需求做出最好的选择。帕累托最优(pareto-optimal)的意义为：参与者i选择的最佳收益组合，即其确定了策略组合s ，对于系统之中的其他策略*s ，参与者 i 的收益函数满足于： ( ) ( )*i iu s u s i N，那么该组合s 就满足帕累托最优的特性。要证明博弈策略是最好的策略，那么帕累托最优是最好的证明。2.4.4 特殊博弈论模型介绍这一节主要是列举博弈模型中的几种比较特殊的博弈论模型，它们具有一些特殊的性质。这几种模型分别为超模、潜在以及重复博弈模型。(1) 超模博弈模型。假设在博弈模型中，其效用函数呈现出超模性，那么这个博弈模型即为超模博弈模型。下面先给出超模性的定义

31、：在一个偏序集 X ，如果在这个集合中的任意 a ,b X，都存在着a b X及a b X，其中 a b = sup a ,b， a b = inf a ,b，则这个函数称之为超模的。博弈模型超模性的判定：从定义可以推导出，只要在博弈模型中的所有博弈方的策略为紧集合，并且收益表示式都满足式(2-8)，满足以上两点则这个博弈过程就可以称之为超模博弈。2( )0ii jU aa a j i N(2-8)并且超模博弈具有纳什均衡，而且肯定是唯一的纳什均衡点。(2) 潜在博弈模型。潜在博弈是一个特殊的类型。定义函数 V :A R。 V 代表博弈18并在博弈中所获得的和失去的结果的量化表示称之为效用，每

32、个博弈的结果都会有着其对应的收益，即效用，比如经济收入、财产损失、社会的福利等等，这些都可以采用一些量值进行表示，效用可以采用正负值来统一表示。但在很多博弈模型中，参与者之间不是互相透明的，即最终结果并不是相互可见的，在这种模型中，博弈方是不会了解其他博弈方的最终收益情况的。上面的五个条件是一个博弈模型存在的条件，但并不是要求这五个条件必须全部存在，但这几个条件的确定就会产生一个具体的博弈。博弈论在寻求各个博弈者选择最优的解，使每个博弈参与者的效用和整体的效用都达到最大化，也就是博弈达到均衡。图 2.7 博弈模型的分类现实之中的博弈模型既可以按照博弈参与方的个数多少进行划分，比如两人博弈和多人

33、博弈。又可以依据博弈参与者之间的关系，划分为非合作及合作博弈。还可以依据博弈效用的不同，划分为变和、常用以及零和博弈。分类模型如图 2.7。在非合作的博弈中，博弈模型又分为多种类型。依据参与方进行策略决定的顺序的差别，可以划分为动态及静态博弈；依据参与方获得的信息量的多少，可以划分为不完全和完全信息博弈。同时又可以将这两种情况结合起来考虑，即表 2.1 显示的 4 种分类：表 2-1 非合作博弈分类2.4.3 博弈纳什均衡证明及帕累托最优纳什均衡33，即指博弈模型中的所有参与者最终所选择的策略所构成的组合，其中，博弈方所采取的行动都是针对其他的参与者行动而制定的最佳的行动，即这组策略所带来的结

34、果比其他任何策略所带来的结果都要好的多。关于纳什均衡的求解，对于简单的博弈模型，可以逐个检验其策略组合找到最优的行动顺序信息静态 动态完全信息完全信息静态博弈纳什均衡完全信息动态博弈纳什均衡不完全信息不完全信息静态博弈贝叶斯纳什均衡不完全信息动态博弈贝叶斯纳什均衡博弈论从产生到发展至今已然比较成熟，它的应用范围涉及到经济学、军事、外交、国际关系、政治学、公共选择以及犯罪学等等。对于一个博弈的基本模型，主要有五个要素，即 G = P , A, S , I , U：(1) P(player)，是指在博弈模型之中能够自主决策的主体，即参与者，包括个人或者组织，这里的组织是一个整体，不管它有多大，都必

35、须统一的决策，必须统一的执行决策，决策产生的后果由参与着独自承担，不管这个参与者组织是多大，都只能代表博弈的一个参与方。(2) A(action)，博弈模型的参与者所能做出的策略行动的集合，即博弈模型中的每个参与者都可以做出的任何形式，方法的决策，可以同时或者分先后顺序，或者一次或者多次，在不同的博弈中，博弈参与者能够选择的策略方案也有差异，而在相同的博弈模型中，博弈参与者选择的策略有时也会有很大的差异，所有的博弈参与者可以选择只选一种博弈策略行为，而有时也可以选择很多种。(3) S(strategies)，即博弈方进行博弈的顺序，在各种类型的博弈模型中，当有很多的博弈方参与时，有时必须要求所

36、有的博弈参与者必须同时刻做出自己的抉择，因为这样才能体现博弈方的公平合理，但有时候博弈参与者不需要同时做出自己的抉择，可以分先后，而且，有时候博弈的参与者会做出多次的抉择，这样就存在次序问题，但并不是所有的博弈都会有次序，但有次序的博弈就必须规定其中参与者的次序，因为次序的改变会产生结果完全不同的博弈，即使各个方面条件都相同。(4) I(information)，关于博弈的信息。博弈模型的信息对于博弈方十分的重要。参与者掌握信息量的多少会对所作出的决策的准确性做出之间的影响，对博弈的成功与否起着很大的作用。所以作为博弈的参与者，就必须要大量收集信息，保证策略决定的准确性。(5) U(utili

37、ty)，博弈的参与者的效用。即指每个博弈参与者参与博弈并在博弈中所获得的和失去的结果，由于每个博弈者都会做出自己的抉择，同时，受到其他博弈参与者抉择的影响，在博弈模型中，所产生的结果只能通过参与者的获得利益的数量大小来表示，所以，在博弈模型中，所有参与者的结果必须是可以量化的，一些结果不能量化，或者结果模糊的决策优化问题是不能用博弈论来研究实现的，每个博弈参与者参与博弈整体的效用改变，iu 表示用户 i 的效用改变，当任意用户 i 进行策略的改变，都有iu = V，如果所有的任意博弈参与者都单方面的策略改变，都存在iV = u ，则称该博弈模型为潜在博弈。否则，如果sgn sgniV = u

38、，则这样的博弈模型称之为顺序的潜在博弈已模型。模型的判定：只要在博弈模型中的所有博弈方的策略为紧集合，并且收益表示式都满足式(2-9)，满足以上两点则这个博弈过程就可以称之为潜在博弈模型。22( )( )jii j i jU aU aa a a a = j i N ,a A(2-9)并且潜在博弈具有纳什均衡，而且肯定是唯一的纳什均衡点。(3) 重复博弈模型。这种博弈模型表示 N 多相同的“阶段博弈”组成的博弈模型的整体，参与者在博弈过程中，可以根据过去的策略的了解，以及对未来的形式的估计，和根据当时的情况来实时的调整选用的策略组合。选用的策略组合的形态可以多种多样，功能也可以有着很大的不同，同

39、时，可以设计惩罚因子来惩罚违反规定的博弈参与者，使其效用降低。对于这种博弈，只有阶段博弈之中能够满足纳什均衡时，那么其才会满足纳什均衡。10CM1CM2CM4CM3非植入设备植入设备图 2-2 身体区域可能的通信链路植入设备操作的频率范围为 402-405MHz,而在体表通信频段包括 2.4GHz 和3.1-10.6GHz 的超宽带频段。包括下列情况：植入到植入（CM1），植入到体表（CM2），植入到体外（CM3），体表到体表（CM4），如表 2-1 所示。表 2-1 无线体域网信道模型描述 频段 信道模型植入到植入 402-405MHz CM1植入到体表 402-405MHz CM2植入到体

40、外 402-405MHz CM2体表到体表 13.5,50,400,600,900MHz2.4,3.1-10.6GHzCM3体表到体外 900MHz2.4,3.1-10.6GHzCM42.2 IEEE802.15.6 网络1）网络拓扑IEEE802.15.6 草案中，定义了单跳星形拓扑和两跳树形限制拓扑结构。在单跳9图 2-1 WBAN 通信频段18医疗植入通信服务（MICS）频带用于植入式通信应用，在大多数国家拥有402-405MHz 这一相同频率范围。无线医疗遥测服务（WMTS）是为医疗遥测系统使用的频段。MICS 和 WMTS 的带宽都不支持高速数据速率应用。工业，科学和医疗（ISM）频

41、段，是全球开放的通信频段，其支持高速数据应用。但是，自从越来越多的无线通信设备，包括 IEEE 802.1 和 IEEE 802.15.4 选择了 ISM 频段，在这个频段通信可能造成干扰的机会也会越多。2007 年，IEEE802.15 工作组（TG6）成立，旨在为低功耗设备和基于人体体内或体内的标准制定更优化的标准。2009 年 4 月，信道建模群为 WBAN 发布了最后的信道模型。以医疗应用环境为例，分布于人体环境的设备可分为植入式和穿戴式两种，故对无线体域网的信道模型分为体内信道和体外信道，如图 2-2 所示。82 IEEE802.15.6 标准概述IEEE802.15.6 标准是针对

42、 WBAN 提出的，专为先进的医疗和非医疗重要领域而选择启用的标准。该标准是基于人体范围的短距离无线通信标准，包括人体体内、体表和体外设备的通信20。其支持一个低复杂度、低成本、超低功耗和高度可靠的应用于人体体内（但不限于人体）的，满足娱乐发展以及医疗保健产品和服务。同时，该标准也为医疗和消费电子等制造商在设备设计的过程中，提供体积小、省电、价格低的解决方案。IEEE802.15.6 标准有特别针对医疗应用的考虑，在帧传输中包含独占访问阶段，便于紧急信息处理。这些应用将包括未来身体为中心的穿戴式计算机的解决方案。与此同时，同样的技术也可以为个人娱乐提供有效的解决方案。体域网标准的存在将为这些产

43、品功能的扩大，以及为更好的医疗服务和保障提供更多的机会。因此，这也会为技术元件供应商和设备制造商带来相应的经济效应。当前的 IEEE802.15.6 标准定义了三个物理层，即窄带（NB）、超宽带（UWB）以及人体通信（HBC）。每个物理层的选择取决于应用程序的要求。该标准定义了一个复杂的 MAC 协议，用来控制访问信道。2.1 物理层信道模型IEEE802.15.6 的目标为 WBAN 是定义新的物理层（PHY）和媒体接入控制层（MAC）。而物理层频段的选择是最重要问题之一。一般情况下，WBAN 可用的频率受到不同国家通信部门的限制，图 2-1 显示了不同国家为 WBAN 所分配的通信频段。拓扑结构中，在 Hub 和节点之间进行帧信息交换。而在两跳树形限制的拓扑结构中，Hub 和节点间可以使用一个中继节点来交换信息。网络中，所有的子节点和中心节点（Hub）都需要根据 BAN 特定的网络要求来组建网络，每个 BAN 单元由 Hub 来协调子节点进行介质访问和介质管理，网络拓扑结构如图 2-2 所示。在每个 BAN 单元中，有且只能有一个 Hub，而子