인지무선네트워크를 위한 스펙트럼 마켓에서 평형상태 계산

Computation of an Equilibrium in Spectrum Markets for Cognitive Radio Networks

최근 약 10년 동안, 인지무선환경에서 1차사용자와 2차사용자간의 스펙트럼 공유를 시장 (market) 논리와 접목시키는 연구들이 활발하게 진행되어 왔다. 즉, 1차사용자가 자신이 소유하고 있는 주파수 자원을 2차사용자에게 금전적 보상을 받고 대여하는 형태를 고려하는 것이다. 그리고, 이에 대한 시장의 평형 (market equilibrium)을 이론적으로 제시하는 것이 그 연구들의 주요 목표이다. 우리는 이 논문에서, 1차사용자들은 2차사용자들에게 자신들의 유휴 채널의 사용권을 대여 또는 판매하는데, 1차사용자들은 허용가능한 간섭의 양을 정해놓고, 2차사용자가 그 간섭의 양을 초과하게 되면 금전적인 보상을 받는 시장 모델을 고려한다. 그리고, 각 2차사용자는 자신들이 1차사용자들에게 지급할 수 있는 예산에는 제한이 있는 상황도 추가 고려한다. 2차사용자의 재화는 자유공간상에서 획득 가능한 전송률이고 1차사용자의 재화는 금전적인 순이득 (net profit)이다. 우리는 이러한 인지무선네트워크 시장을 확장된 Fischer 마켓으로 모델링하고, Eisenberg-Gale convex program을 통해 마켓 균형을 찾는 방법을 제안한다.

In this paper, we investigate a market equilibrium in multi-channel sharing cognitive radio networks (CRNs): it is assumed that every subchannel is orthogonally licensed to a single primary user (PU), and can be shared with multiple secondary users (SUs). We model this sharing as a spectrum market where PUs offer SUs their subchannels with limiting the interference from SUs; the SUs purchase the right to transmit over the subchannels while observing the interference limits set by the PUs and their budget constraints. The utility function of SU is defined as least achievable transmission rate, and that of PU is given by the net profit. We define a market equilibrium in the context of extended Fisher model, and show that the equilibrium is yielded by solving an optimization problem, Eisenberg-Gale convex program.