【《频谱拍卖的国内外研究现状文献综述》3000字】

第一章绪论频谱拍卖的国内外研究现状文献综述 围绕频谱拍卖中诚实性问题，接下来将展开介绍国内外频谱拍卖方案，以及国内外有关动态频谱拍卖中隐私保护设计的相关研究，分析目前较为成熟的能够保护拍卖中隐私信息的频谱拍卖方案。1.1诚实的频谱拍卖研究由于频谱本身具有稀缺性，再加上通信技术的飞速发展以及早期对频谱资源的管理不当，这些问题导致世界范围内的频谱资源处于紧缺的状况，频谱资源分配不均、利用率低使得供需矛盾日益严峻。对当今需求量节节攀升的无线通讯而言，资源合理分配是长期诉求也是必须要解决的问题，利用拍卖来进行频谱的再分配无疑是一种提高频谱利用效率的好方法。早期人们为了缓解频谱资源匮乏的情况，解决问题的关注点大都聚焦于频谱利用率的提升和科学再分配上，并没有将频谱拍卖的诚实性纳入考虑的范围，如：2004年Huang等人[[]HuangJ,BerryRA,HonigML.Auctionmechanismsfordistributedspectrumsharing[C]//AllertonConference.2004.]在第四十二届Allerton会议上提出的在共享频谱时不会打断用户数据传输的设计、2005年BUDDHIKOT等人[[]BuddhikotMM,RyanK.Spectrummanagementincoordinateddynamicspectrumaccessbasedcellularnetworks[C]//IEEEInternationalSymposiumonNewFrontiersinDynamicSpectrumAccessNetworks.IEEEXplore,2005:299-307.]在IEEEDySPAN会议上提出的引入频谱经纪人进行时间限制访问并实现频谱定价的分配策略、2006年Ryan等人[[[]HuangJ,BerryRA,HonigML.Auctionmechanismsfordistributedspectrumsharing[C]//AllertonConference.2004.[]BuddhikotMM,RyanK.Spectrummanagementincoordinateddynamicspectrumaccessbasedcellularnetworks[C]//IEEEInternationalSymposiumonNewFrontiersinDynamicSpectrumAccessNetworks.IEEEXplore,2005:299-307.[]RyanK,AravantinosE,BuddhikotMM.Anewpricingmodelfornextgenerationspectrumaccess[C]//InternationalWorkshoponTechnologyandPolicyforAccessingSpectrum.ACM,2006:11.[]GandhiS,BuragohainC,CaoL,etal.AGeneralFrameworkforWirelessSpectrumAuctions[C]//IEEEInternationalSymposiumonNewFrontiersinDynamicSpectrumAccessNetworks.IEEE,2007:22-33. 经济学强调频谱拍卖应具有诚实性和个人理性，频谱拍卖的诚实性是指拍卖中频谱买家只有将心中对感兴趣的频谱的真实估价作为投标出价时才能使其效益最大化，频谱将分配给出价更加接近频谱价值的买家，诚实性能够起到制约买家使其不倾向于提交虚假报价的作用；频谱拍卖的个人理性是指买家赢得频谱后支付价格低于其心理真实估价，从而达到激励频谱拍卖的作用。近年来，为了拍卖这一经济学手段可以在频谱分配中发挥更大的作用，专家学者们不断设计出满足诚实性、个人理性的频谱拍卖方案。2008年Zhou等人[[]ZhouX,GandhiS,SuriS,etal.eBayintheSky:strategy-proofwirelessspectrumauctions[C]//InternationalConferenceonMobileComputing&Networking.2008:2-13.]提出的单向频谱拍卖机制VERITAS，既满足了拍卖诚实性还极大地提高了频谱利用率，并且支持不同类型的报价，这样开创性的工作开启了诚实频谱拍卖研究的热潮，在其后优秀的诚实频谱拍卖方案不断涌现。同年，Wu等人[[]WuY,WangB,LiuKJR,etal.Amulti-winnercognitivespectrumauctionframeworkwithcollusion-resistantmechanisms[C]//IEEESymposiumonNewFrontiersinDynamicSpectrumAccessNetworks.IEEE,2008:1-9.]基于VCG机制，设计了一个多胜者频谱拍卖中防止买家合谋的拍卖机制；2009年Jia等人[[]JiaJ,ZhangQ,ZhangQ,etal.Revenuegenerationfortruthfulspectrumauctionindynamicspectrumaccess[C]//Proceedingsofthe10thACMInterationalSymposiumonMobileAdHocNetworkingandComputing,MobiHoc2009,NewOrleans,LA,USA,May18-21,2009.ACM,2009.]基于VCG机制和贪婪分配分别提出保证诚实性同时尽可能提高拍卖收益以激励主用户积极参与频谱再分配交易的两种诚实频谱拍卖机制；Zhou等人[NOTEREF_Ref63632467\f\h7]首次提出“多对多”的拍卖场景，设计了同质双向频谱拍卖模型TRUST，TRUST将众多买家划分为多个地理上无冲突的买家组，再将这样的单个无冲突买家组视为一个超级买家，如此分配能够满足诚实性、个人理性、预算平衡的需求，同时提升了频谱利用率；2010年Wang等人[[]WangS,XuP,XuX,TangS,LiX,andLiuX.2010.TODA:Truthfulonlinedoubleauctionforspectrumallocationinwirelessnetworks.InNewFrontiersinDynamicSpectrum,2010IEEESymposiumon.IEEE,1–10.]提出首个动态频谱拍卖方案TODA，能够进行快速的频谱分配并避免拍卖中参与者的恶意操纵行为，SALSA[[]XuP,WangS,andLiX.-Y.2010.SALSA:Strategyproofonlinespectrumadmissionsforwirelessnetworks.IEEETransactionsonComputers,59(12):1691–1702.]作为TODA的扩展，考虑了频谱请求半随机到达的场景和随机到达的场景；2011年Yao等人[[]YaoE,LuL,JiangW.Anefficienttruthfuldoublespectrumauctiondesignfordynamicspectrumaccess[C]//InternationalICSTConferenceonCognitiveRadioOrientedWirelessNetworks&Communications.IEEE,2011:181-185.]设计了一个能够提高TRUST效益的诚实双向频谱拍卖机制TDSA；同年Wu等人[[]WuF,VaidyaN.SMALL:AStrategy-proofMechanismforradiospectrumallocation[C]//2011ProceedingsIEEEINFOCOM.IEEE,2011:81-85.]设计了主用户效用为正的诚实单向频谱拍卖机制SMALL，2012年Wei等人[[]WeiZ,ZhangT,WuF,etal.SHIELD:AStrategy-ProofandHighlyEfficientChannelAuctionMechanismforMulti-radioWirelessNetworks[J].2012:72-87.]在此基础上设计了进一步提升频谱利用率和用户满意度的诚实单向频谱拍卖机制SHIELD；2013年Chen等人[NOTEREF_Ref68043465\h8]首次考虑了异质频谱拍卖，设计了允许买家对不同频谱表示不同喜爱程度的TAMES机制；Feng等人[[]ZhouX,GandhiS,SuriS,etal.eBayintheSky:strategy-proofwirelessspectrumauctions[C]//InternationalConferenceonMobileComputing&Networking.2008:2-13.[]WuY,WangB,LiuKJR,etal.Amulti-winnercognitivespectrumauctionframeworkwithcollusion-resistantmechanisms[C]//IEEESymposiumonNewFrontiersinDynamicSpectrumAccessNetworks.IEEE,2008:1-9.[]JiaJ,ZhangQ,ZhangQ,etal.Revenuegenerationfortruthfulspectrumauctionindynamicspectrumaccess[C]//Proceedingsofthe10thACMInterationalSymposiumonMobileAdHocNetworkingandComputing,MobiHoc2009,NewOrleans,LA,USA,May18-21,2009.ACM,2009.[]WangS,XuP,XuX,TangS,LiX,andLiuX.2010.TODA:Truthfulonlinedoubleauctionforspectrumallocationinwirelessnetworks.InNewFrontiersinDynamicSpectrum,2010IEEESymposiumon.IEEE,1–10.[]XuP,WangS,andLiX.-Y.2010.SALSA:Strategyproofonlinespectrumadmissionsforwirelessnetworks.IEEETransactionsonComputers,59(12):1691–1702.[]YaoE,LuL,JiangW.Anefficienttruthfuldoublespectrumauctiondesignfordynamicspectrumaccess[C]//InternationalICSTConferenceonCognitiveRadioOrientedWirelessNetworks&Communications.IEEE,2011:181-185.[]WuF,VaidyaN.SMALL:AStrategy-proofMechanismforradiospectrumallocation[C]//2011ProceedingsIEEEINFOCOM.IEEE,2011:81-85.[]WeiZ,ZhangT,WuF,etal.SHIELD:AStrategy-ProofandHighlyEfficientChannelAuctionMechanismforMulti-radioWirelessNetworks[J].2012:72-87.[]FengX,ChenY,ZhangJ,ZhangQ,andLiB.2012.TAHES:Truthfuldoubleauctionforheterogeneousspectrums.IEEETransactionsonWirelessCommunications,11:3076–3080.[]DongW,RallapalliS,QiuL,etal.DoubleAuctionsforDynamicSpectrumAllocation[C]//IEEEInfocom.IEEE,2015:709-717.[]YangD,ZhangX,XueG.PROMISE:Aframeworkfortruthfulandprofitmaximizingspectrumdoubleauctions[C]//IEEEInfocom-ieeeConferenceonComputerCommunications.IEEE,2015:109-117.[]SunY,WuQ,WangJ,etal.VERACITY:OverlappingCoalitionFormationBasedDoubleAuctionforHeterogeneousDemandandSpectrumReusability[J].IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications,2016,PP(99):2690-2705.[]QianWang,QihangSun,KuiRen,XiaohuaJia.THEMIS:Collusion-ResistantandFairPricingSpectrumAuctionUnderDynamicSupply.[J].IEEETrans.Mob.Comput.,2017,16(7).[]杨茜茜,盘小娜,覃团发.采用混合图的双向异质频谱拍卖算法[J].电讯技术,2019,59(07):761-768. 综上所述，目前有关频谱拍卖机制的研究无论在单向频谱、双向频谱、同质频谱还是异质频谱的诚实性、频谱分配高效性上都有了较为成熟的研究成果。1.2隐私保护的频谱拍卖研究在1.1节中提到的诚实的频谱拍卖方案通常假设参与到频谱拍卖中的所有拍卖者是完全可信的，但这与实际的情况并不相符，同时买家对感兴趣的频谱的出价也应是买家的私有信息，其真实估价能够反映的信息绝不单单只有频谱价值这一点。在没有隐私保护的频谱拍卖方案中，一旦买家的出价泄露给拍卖人或者其他参与者，就有可能导致损害拍卖诚实性、公平性以及损害买家利益的不良结果产生。于是，随着频谱拍卖机制的不断涌现和成熟，频谱拍卖中的隐私保护问题逐渐开始受到专家学者们的关注。与频谱拍卖本身不适用于传统拍卖方案类似，频谱拍卖中隐私保护的设计也和一般物品拍卖的隐私保护设计有着明显的不同，很难将以前的隐私保护方案直接应用于频谱拍卖当中，于是针对频谱拍卖的隐私保护研究适时地展开了。到目前为止，已经有了一些合理的频谱拍卖中隐私保护设计方案。如：Huang等人[NOTEREF_Ref63632587\f\h13]提出的SPRING是第一个兼顾诚实性与安全性的频谱拍卖方案，但对频谱的空间复用性考虑不足；Pan等人[[]PanM,SunJ,FangY.PurgingtheBack-RoomDealing:SecureSpectrumAuctionLeveragingPaillierCryptosystem[J].IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications,2011,29(4):866-876.]提出的基于Paillier加密系统的频谱安全拍卖机制THEMIS，对买方出价进行保护，保证了安全性、频谱复用性也保证了执行效率；Chen等人[NOTEREF_Ref63632627\f\h11]在同态加密基础上，提出了首个在半诚实敌手攻击模型下可证明其安全的双向频谱拍卖方案PS-TRUST，可以同时保护买方出价及出价大小排序；Huang等人[[]HuangH,LiX,SunY,andXuH.2013.PPS:Privacy-preservingstrategyproofsocial-efficientspectrumauctionmechanisms.IEEE/ACMTransactionsonNetworking,26(5):1393–1404.]提出的PPS方案在保证买家出价秘密和系统高效性的同时近似实现了社会福利最优化，但泄露了买家出价大小排序；Zhu等人[[]ZhuRandShinK.G.2015.Differentiallyprivateandstrategy-proofspectrumauctionwithapproximaterevenuemaximization.InProc.ofINFOCOM’15.IEEE,918–926.]设计的满足差分隐私保护的PASS方案则满足诚实性，能使卖家效用最大化，但该方案假设拍卖人可以得知买家出价的分布模型；Wu等人[[]WuF,HuangQ,TaoY,andChenG.2015.Towardsprivacypreservationinstrategy-proofspectrumauctionmechanismsfornoncooperativewirelessnetworks.IEEE/ACMTransactionsonNetworking,23(4):1271–1285.]提出的PRIDE方案利用保序加密算法对买家信息加密，使频谱拍卖过程中的安全性得到保证的同时能够兼顾分配效率；Huang等人[[]HuangQ,GuiY,WuF,andChenG.2015.Ageneralprivacy-preservingauctionmechanismforsecondaryspectrummarkets.IEEE/ACMTransactionsonNetworking,24(3):1–1.]提出的PISA首次考虑到了频谱买家的地理位置隐私保护，不过其处理方式上的限制使得频谱利用率被牺牲；Wang等人[[]WangJiaqi,LuNing,ChengQingfeng,ZhouLu,ShiWenbo.Asecurespectrumauctionschemewithoutthetrustedpartybasedonthesmartcontract[J].DigitalCommunicationsandNetworks,2020]使用区块链智能合约取代半诚实拍卖第三方，设计了一种基于智能合约技术的无受托方安全频谱拍卖方案，采用SGX技术和Paillier加密系统保护竞标人敏感信息；基于同态加密和加密电路，周泽仁[[]周泽人.保护用户隐私的动态频谱拍卖机制研究[D].安徽大学,2018.]对单向同质频谱拍卖方案设计了隐私保护的安全协议，韦雪梅[[]韦雪梅.安全且高效的双向频谱拍卖机制研究[D].安徽大学,2018.]针对双向频谱拍卖机制TDSA的隐私保护问题进行安全拍卖协议设计，车瑞红[[]车瑞红.保护隐私的异质频谱单向拍卖机制研究[D].安徽大学,[]PanM,SunJ,FangY.PurgingtheBack-RoomDealing:SecureSpectrumAuctionLeveragingPaillierCryptosystem[J].IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications,2011,29(4):866-876.[]HuangH,LiX,SunY,andXuH.2013.PPS:Privacy-preservingstrategyproofsocial-efficientspectrumauctionmechanisms.IEEE/ACMTransactionsonNetworking,26(5):1393–1404.[]ZhuRandShinK.G.2015.Differentiallyprivateandstrategy-proofspectrumauctionwithapproximaterevenuemaximization.InProc.ofINFOCOM’15.IEEE,918–926.[]WuF,HuangQ,TaoY,andChenG.