本發(fā)明屬于無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種無線網(wǎng)絡(luò)回程鏈路節(jié)點(diǎn)上基于主從博弈的可再生能源分配算法。

背景技術(shù)：

近年來，隨著無線網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，回程鏈路需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)越來越多，對(duì)能源的需求也與日俱增，如何降低能耗以及為多跳回傳鏈路中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)分配能量將成為下一代綠色無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。多跳回傳鏈路能夠大大降低由于遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)帶來的路徑損失，其中每個(gè)節(jié)點(diǎn)既是終端又是接入設(shè)備，在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、用戶多的場(chǎng)景下，可以顯著提高能量的利用率?，F(xiàn)有文獻(xiàn)大多是針對(duì)回程鏈路的節(jié)點(diǎn)提出能量分配策略，并沒有考慮終端用戶對(duì)數(shù)據(jù)流量價(jià)格的敏感程度。另外，對(duì)于單個(gè)節(jié)點(diǎn)上多個(gè)供應(yīng)商之間的競(jìng)爭(zhēng)以及多個(gè)節(jié)點(diǎn)間供應(yīng)商的合作對(duì)能源分配產(chǎn)生的影響也沒有進(jìn)行深入研究。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，y.chia等人在《ieee，dec2014,pp.6996-7010》上發(fā)表了題為“energycooperationincellularnetworkswithrenewablepoweredbasestations”一文，該文針對(duì)基站提出的能源分配策略，在保證用戶服務(wù)質(zhì)量的前提下使得運(yùn)營成本和能源消耗達(dá)到最低，但是此策略只是針對(duì)物理層，并未考慮無線網(wǎng)絡(luò)中的能源分配情況。

另檢索發(fā)現(xiàn)，h.liu，h.zhang等人在《ieeeinternationalconferenceoncommunications(icc),kualalumpur,2016,pp.1-5》上發(fā)表題為"energyefficientpowerallocationandbackhauldesigninheterogeneoussmallcellnetworks"一文，該文在無線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，解決了回程鏈路上的能源分配問題，但并沒有考慮使用可再生能源以及多跳回程鏈路情況下，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能源分配情況。

經(jīng)檢索還發(fā)現(xiàn)，d.li等人在《ieeejournalonselectedareasincommunications,vol.34,no.8,pp.1140-1159,may.2016》上發(fā)表題為"decentralizedrenewableenergypricingandallocationformillimeterwavecellularbackhaul"一文，該文在蜂窩網(wǎng)絡(luò)多跳鏈路上設(shè)計(jì)了一種分配可再生能源的分布式算法。該文雖然提出了能源分配的分布式算法，但沒有考慮終端用戶的需求情況以及節(jié)點(diǎn)間能源供應(yīng)商的合作模型。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)的不足，給出了一種無線網(wǎng)絡(luò)多跳回程鏈路下基于主從博弈的可再生能源分配算法。該分布式算法為每個(gè)供應(yīng)商找到唯一的均衡出價(jià)策略，無線運(yùn)營商可根據(jù)該策略制定相應(yīng)的能源訂購策略和數(shù)據(jù)服務(wù)價(jià)格。同時(shí)該分布式算法也將同一節(jié)點(diǎn)上多個(gè)供應(yīng)商之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系考慮在內(nèi)，并觀察了競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系是如何通過影響供應(yīng)商的出價(jià)策略來提高系統(tǒng)各部分的收益的。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于主從博弈的可再生能源分配算法，包含以下步驟：

第一步，回程鏈路上的能源供應(yīng)商設(shè)置合適的能源價(jià)格；

第二步，運(yùn)營商根據(jù)能源價(jià)格設(shè)置訂購量和服務(wù)費(fèi)用；

第三步，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能源供應(yīng)商之間組成聯(lián)盟，重復(fù)第一、二步，達(dá)到穩(wěn)定的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，上述設(shè)置合適的能源價(jià)格包括設(shè)置每個(gè)節(jié)點(diǎn)供應(yīng)商的能源成本ci和其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的能源成本

按照設(shè)置每個(gè)節(jié)點(diǎn)的競(jìng)爭(zhēng)激烈程度。

系統(tǒng)達(dá)到納什均衡時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)激烈程度的均衡值為并從第一個(gè)節(jié)點(diǎn)開始，將此節(jié)點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)激烈程度與比較，若不大于則該節(jié)點(diǎn)的能源供應(yīng)商將選擇其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的成本值作為自己的能量售價(jià)；若大于則該節(jié)點(diǎn)的能源供應(yīng)商將設(shè)置作為能量售價(jià)，其中是第1個(gè)到第i-1個(gè)節(jié)點(diǎn)處能源供應(yīng)商競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的成本，c{i，n}是第i個(gè)到第n個(gè)節(jié)點(diǎn)處能源供應(yīng)商的成本，r是數(shù)據(jù)傳輸速率，c0表示運(yùn)營成本π(m)表示當(dāng)一條回程鏈路上的m個(gè)聯(lián)盟達(dá)到均衡時(shí)每個(gè)聯(lián)盟所獲得的收益。

上述組成聯(lián)盟是指在確定了每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能源供應(yīng)商之后，它們之間可以進(jìn)行聯(lián)盟，假定經(jīng)過自由聯(lián)盟后形成的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)為a＝{a1，…，am}，從第一個(gè)聯(lián)盟開始分析，定義如果聯(lián)盟中只有一個(gè)成員,當(dāng)u(m)≤||a2||+1，這個(gè)成員保持當(dāng)前狀態(tài)，否則，這個(gè)成員會(huì)選擇任何一個(gè)聯(lián)盟加入；如果聯(lián)盟中不止一個(gè)成員,當(dāng)u(m)≥||am||，這個(gè)成員保持當(dāng)前狀態(tài)，否則，這個(gè)成員會(huì)背叛當(dāng)前聯(lián)盟加入其他聯(lián)盟；循環(huán)若干次直到遍歷完所有聯(lián)盟，||am||表示聯(lián)盟am中的成員個(gè)數(shù)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)通過分析用戶對(duì)數(shù)據(jù)流量價(jià)格的敏感程度以及可再生能源供應(yīng)商的能量出價(jià)，使得無線運(yùn)營商做出關(guān)于流量需求量和服務(wù)價(jià)格的決策；

2)通過設(shè)計(jì)分布式算法，使得能源供應(yīng)商的出價(jià)達(dá)到當(dāng)前存在競(jìng)爭(zhēng)情況下的最優(yōu)價(jià)格；

3)通過分析合作模式，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)各部分的收益。

附圖說明

圖1是某一回程鏈路上競(jìng)爭(zhēng)和合作情況示意圖；

圖2是博弈過程逆向分析法示意圖；

圖3是合作模型中的第一級(jí)博弈分析示意圖；

圖4是均衡和非均衡情況下每個(gè)供應(yīng)商收益對(duì)比示意圖；

圖5是合作與非合作情況下對(duì)供應(yīng)商的能源需求量對(duì)比示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明：本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

如圖1系統(tǒng)模型所示，無線網(wǎng)絡(luò)n跳回程鏈路中每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的可再生能源供應(yīng)商通過競(jìng)爭(zhēng)來成為該節(jié)點(diǎn)的唯一供應(yīng)商，確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的供應(yīng)商之后，他們之間可以通過建立合作關(guān)系來進(jìn)一步提高整個(gè)系統(tǒng)的收益。

實(shí)施例

本實(shí)施例用于無線網(wǎng)絡(luò)中，包括步驟如下：

第一步，回程鏈路上的能源供應(yīng)商設(shè)置合適的能源價(jià)格。

第二步，運(yùn)營商根據(jù)能源價(jià)格設(shè)置訂購量和服務(wù)費(fèi)用。

第三步，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的能源供應(yīng)商之間組成聯(lián)盟，重復(fù)第一、二步，達(dá)到穩(wěn)定的聯(lián)盟結(jié)構(gòu)。

由于運(yùn)營商在設(shè)置數(shù)據(jù)回傳價(jià)格時(shí)需要考慮到價(jià)格彈性指數(shù)，在設(shè)置訂購量時(shí)需要考慮到每個(gè)地點(diǎn)不同的路徑損耗所以，運(yùn)營商從每個(gè)供應(yīng)商處訂購的能量可以表示為:

其中b表示價(jià)格彈性指數(shù)，r表示數(shù)據(jù)傳輸速率，α表示用戶數(shù)量，β表示用戶接受運(yùn)營商設(shè)置的服務(wù)價(jià)格的概率，運(yùn)營商在選擇p和q時(shí)只由w(所有供應(yīng)商的出價(jià)總和)決定。

我們采用逆向分析法，如圖2所示，先分析每個(gè)供應(yīng)商的利潤函數(shù)πi(wi|w-i)＝(wi-ci)qi,其中，w-i＝w-wi，表示除當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的其他節(jié)點(diǎn)上供應(yīng)商的出價(jià)總和，通過對(duì)每個(gè)供應(yīng)商的利潤函數(shù)求偏導(dǎo)，我們可以得到每個(gè)供應(yīng)商的出價(jià)：

聯(lián)立n個(gè)供應(yīng)商的出價(jià)方程可以得到這一博弈的唯一nash均衡解：

其中

m＝min{j：j∈[0，n-1]，b＞n-j}，有了供應(yīng)商的最優(yōu)策略，運(yùn)營商可以根據(jù)自己想要獲得的最大利潤來設(shè)置能源訂購量和對(duì)用戶收取的服務(wù)費(fèi)用。

在合作模型中，假設(shè)供應(yīng)商在將能源賣給運(yùn)營商之前可以自由組成聯(lián)盟，則能源供應(yīng)者和運(yùn)營商之間的問題可以分成兩級(jí)來考慮：第一級(jí)，某個(gè)供應(yīng)商應(yīng)該選擇和誰組成聯(lián)盟從而使自已獲得更多的收益，如圖3所示；第二級(jí)，和競(jìng)爭(zhēng)模型相同。合作模型中能源供應(yīng)者和運(yùn)營商的相互作用同樣可以用主從博弈描述，但是此時(shí)的博弈參與者為運(yùn)營商和能源供應(yīng)商組成的聯(lián)盟。需要注意的是，第一級(jí)問題的分析是建立在第二級(jí)博弈問題達(dá)成的均衡基礎(chǔ)之上的，所以，我們依舊使用逆向分析法來解決這兩級(jí)問題。

由于本發(fā)明的用戶需求函數(shù)為指數(shù)函數(shù)模型，本實(shí)施例得到的合作關(guān)系具有唯一性，當(dāng)回程鏈路中有奇數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，a(1)(2)是唯一的nash均衡穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；當(dāng)回傳鏈路中有偶數(shù)個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，a(2)(2)是唯一的nash均衡穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。其中：

a(1)(2)＝{a(1)，...，a(m)}＝{||a(1)||＝1，||a(2)||＝…＝||a(m)||＝2}，

a(2)(2)＝{a(1)，…，a(m)}＝{||a(1)||＝||a(2)||＝…＝||a(m)||＝2}。

本實(shí)施例方法得到均衡和非均衡情況下每個(gè)供應(yīng)商收益對(duì)比圖如圖4所示，從圖中可知，若每個(gè)供應(yīng)商都采用nash均衡情況下的出價(jià)策略，則可以提高收益，證明了算法的可行性。

本實(shí)施例方法合作與非合作情況下對(duì)供應(yīng)商的能源需求量對(duì)比如圖5所示。從圖中可知，供應(yīng)商之間進(jìn)行合作時(shí)，運(yùn)營商會(huì)提高能源訂購量從而使整個(gè)系統(tǒng)獲益，顯示出算法的正確性。