本發(fā)明屬于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中可共用的綠色能源聯(lián)合頻譜組裝成資源塊來(lái)滿足用戶流量需求的解決方案。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，無(wú)線用戶的指數(shù)增長(zhǎng)和對(duì)數(shù)據(jù)流量的爆炸性需求，不斷推動(dòng)著無(wú)線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能量消耗以及對(duì)頻譜的需求。如何促使無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的能量分配策略與網(wǎng)絡(luò)頻譜分配的有效融合，在滿足不同無(wú)線服務(wù)質(zhì)量的前提下，提升能效、譜效，同時(shí)也使得運(yùn)營(yíng)商運(yùn)營(yíng)效率得以增加，是我們亟需解決的一個(gè)問(wèn)題?，F(xiàn)有文獻(xiàn)大多是針對(duì)能源或者頻譜場(chǎng)景提出優(yōu)化策略，而對(duì)于綠色能源聯(lián)合頻譜的場(chǎng)景，并沒(méi)有提出使用綠色能源作為共通的資源協(xié)同頻譜合作方案。對(duì)于資源聯(lián)合分配，電信運(yùn)營(yíng)商與資源供應(yīng)商之間可以通過(guò)協(xié)作減少不必要的資源存儲(chǔ)，從而減少了額外開(kāi)銷。另外，對(duì)于資源聯(lián)合分配模型現(xiàn)今也沒(méi)有提出過(guò)使用綠色能源聯(lián)合頻譜組裝成資源塊來(lái)滿足用戶的流量需求。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，jiexu等人在《ieeetrans.veh.technol.,vol.65,no.4,apr.2016》上發(fā)表題為"cooperativeenergytradingincompsystemspoweredbysmartgrids,"一文，該文提出傳統(tǒng)能源聯(lián)合綠色能源進(jìn)行資源分配。然而該文的系統(tǒng)模型針對(duì)的僅僅是能量合作方面，并沒(méi)有將頻譜資源考慮進(jìn)去。

另檢索發(fā)現(xiàn)，y.guo等人在《ieeetrans.commun.,vol.62,no10,pp.257-263,oct2014》上發(fā)表了題為“jointenergyandspectrumcooperationforcellularcommunicationsystems”一文，該文針對(duì)蜂窩系統(tǒng)中能量聯(lián)合頻譜的分配問(wèn)題，提出了能量與頻譜合作方式下的最優(yōu)執(zhí)行策略，但是此策略只引入了能源開(kāi)銷，并未考慮頻譜的開(kāi)銷以及資源供應(yīng)商的概念。

經(jīng)檢索還發(fā)現(xiàn)，dapengli等人在《ieeejournalonselectedareasincommunications,vol.34,no.5,pp.1140-1159,may.2016》上發(fā)表題為"decentralizedrenewableenergypricingandallocationformillimeterwavecellularbackhaul"一文，該文設(shè)計(jì)了一種基于分散系統(tǒng)的綠色能源分配方案。該文雖然提出了運(yùn)營(yíng)商和資源供應(yīng)商之間的最優(yōu)策略，但沒(méi)有更加深入的分析運(yùn)營(yíng)商與資源供應(yīng)商之間的相互關(guān)系，同時(shí)也未提及資源塊的使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)的不足，提出了一種可共用的綠色能源聯(lián)合頻譜在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的分配方法。該方法詳細(xì)分析了資源供應(yīng)商之間的容量存儲(chǔ)決策，并給出了帕累托最優(yōu)容量均衡，同時(shí)基于帕累托最優(yōu)容量均衡，得出了電信運(yùn)營(yíng)商的最佳定價(jià)策略，最終使得網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的能效、譜效得以充分利用。電信運(yùn)營(yíng)商的基站可以從資源供應(yīng)商處租用專用的頻譜資源和通用可再生能源以生產(chǎn)資源塊來(lái)滿足移動(dòng)用戶的隨機(jī)流量需求。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括如下步驟：

第一步，電信運(yùn)營(yíng)商作為斯坦伯格博弈的先行者，首先給出資源供應(yīng)商j的單位資源批發(fā)價(jià)格wj。

第二步，資源供應(yīng)商j通過(guò)運(yùn)營(yíng)商給定的批發(fā)價(jià)格wj，從而決定自己的資源存儲(chǔ)容量qj。

第三步，電信運(yùn)營(yíng)商通過(guò)預(yù)估用戶的流量需求di，并根據(jù)資源供應(yīng)商的資源容量存儲(chǔ)限制，相應(yīng)的決定基站i需要存儲(chǔ)的資源塊數(shù)量yi，并將相應(yīng)的資源需求情況告知資源供應(yīng)商，任何不能滿足用戶需求的請(qǐng)求都會(huì)被丟棄。

第四步，采用逆向歸納法，得到資源供應(yīng)商和電信運(yùn)營(yíng)商的收益。

采用逆向歸納法，首先分析資源供應(yīng)商之間的容量存儲(chǔ)博弈，而后分析電信運(yùn)營(yíng)商的最佳定價(jià)策略，最終可以得出資源供應(yīng)商之間的最優(yōu)容量存儲(chǔ)以及電信運(yùn)營(yíng)商的最優(yōu)定價(jià)。

進(jìn)一步，上述逆向歸納法包含以下步驟：

1)計(jì)算電信運(yùn)營(yíng)商的實(shí)際最優(yōu)資源塊數(shù)量y(q,d)＝{y1,y2}；

2)基于實(shí)際最優(yōu)資源塊數(shù)量，求出資源供應(yīng)商的最佳相應(yīng)函數(shù)δa(qb,qc)、δb(qa,qc)、δc(qa,qb)；

3)分析資源供應(yīng)商之間的容量存儲(chǔ)博弈是否滿足超模博弈；

4)得出資源供應(yīng)商之間的唯一最優(yōu)帕累托均衡容量

5)基于得到電信運(yùn)營(yíng)商的最佳定價(jià)策略。

又進(jìn)一步，計(jì)算電信運(yùn)營(yíng)商的實(shí)際最優(yōu)資源塊數(shù)量的方法為：

求出資源供應(yīng)商的最佳相應(yīng)函數(shù)的具體過(guò)程為：

其中δab(qb)為wap(d1≥qa,d2≤qb-αqa)-ca＝0的解，是關(guān)于y1,y2的獨(dú)立最優(yōu)容量。fi是di的分布函數(shù)，

此外，如果則有其中δbac(qa,qc)為的解，

分析資源供應(yīng)商之間的容量存儲(chǔ)博弈是否滿足超模博弈,具體包含：

如果

如果

其中n1是的唯一解，

所述唯一最優(yōu)帕累托容量均衡其可能存在形式如下：

(i)如果帕累托最優(yōu)容量均衡為

(ii)如果帕累托最優(yōu)容量均衡為其中n2是的解；

(iii)如果帕累托最優(yōu)容量均衡為(δab(qb),qb,δc(qb))，其中qb的取值范圍為且滿足其中

(iv)如果帕累托最優(yōu)容量均衡存在兩種可能：

(a)如果n1＞n2，帕累托最優(yōu)容量均衡為(δab(qb),qb,δc(qb))，其中qb的取值范圍為且滿足

(b)如果n1≤n2，帕累托最優(yōu)容量均衡為

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1)介紹了可共用的再生綠色能源聯(lián)合頻譜在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的分配，并采用資源塊來(lái)滿足移動(dòng)用戶的流量需求，使資源供應(yīng)商、電信運(yùn)營(yíng)商、用戶之間建立了一個(gè)穩(wěn)定的聯(lián)系。

2)通過(guò)考慮移動(dòng)用戶對(duì)流量需求的不確定性，對(duì)資源供應(yīng)商和運(yùn)營(yíng)商之間的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)分析。

3)采用逆向歸納法，尋找出了資源供應(yīng)商之間的最優(yōu)帕累托容量均衡以及電信運(yùn)營(yíng)商的最佳定價(jià)策略。

附圖說(shuō)明

圖1是系統(tǒng)模型示意圖。

圖2是資源供應(yīng)商的均衡容量輸出。

圖3是電信運(yùn)營(yíng)商的最佳定價(jià)圖。

圖4是實(shí)施例分布式算法與中心式算法比較示意圖。

圖5是系統(tǒng)方法分配流程圖。

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(shuō)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(guò)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所示，為系統(tǒng)模型示意圖，圖中列出了資源供應(yīng)商、運(yùn)營(yíng)商、用戶三者的對(duì)應(yīng)關(guān)系，清晰展示了系統(tǒng)的實(shí)施方式。

圖2是資源供應(yīng)商的均衡容量輸出。

圖3是電信運(yùn)營(yíng)商的最佳定價(jià)，從兩圖可知，處在不同的區(qū)域，會(huì)得到不同的資源容量輸出，證明了算法的有效性。

圖4是實(shí)施例分布式算法與中心式算法比較示意圖，從圖中可知，資源容量不平衡在集中系統(tǒng)中較為常見(jiàn)。如果在最優(yōu)運(yùn)營(yíng)商定價(jià)下，某個(gè)特例在集中式系統(tǒng)中沒(méi)有發(fā)生容量不平衡，那么在分散式系統(tǒng)中也就一定不會(huì)發(fā)生。

圖5是系統(tǒng)方法分配流程圖，詳細(xì)介紹了本發(fā)明資源分配方法的實(shí)施過(guò)程。

為便于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員實(shí)施本發(fā)明，現(xiàn)提供一個(gè)實(shí)施例，如下：

本實(shí)施例用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，包括步驟如下：

第一步，電信運(yùn)營(yíng)商作為斯坦伯格博弈的先行者，首先給出資源供應(yīng)商j的單位資源批發(fā)價(jià)格wj。

第二步，資源供應(yīng)j通過(guò)運(yùn)營(yíng)商給定的批發(fā)價(jià)格wj，從而決定自己的資源存儲(chǔ)容量qj。

第三步，電信運(yùn)營(yíng)商通過(guò)預(yù)估用戶的流量需求di，并根據(jù)資源供應(yīng)商的資源容量存儲(chǔ)限制，相應(yīng)的決定基站i需要存儲(chǔ)的資源塊數(shù)量yi，并將相應(yīng)的資源需求情況告知資源供應(yīng)商，任何不能滿足用戶需求的請(qǐng)求都會(huì)被丟棄。

第四步，得到資源供應(yīng)商和電信運(yùn)營(yíng)商的收益。

電信運(yùn)營(yíng)商的收益(效用函數(shù))為：π0＝(p1-ωa-αωb)y1+(p2-ωb-βωc)y2資源供應(yīng)商j(j＝a,b,c)的預(yù)期收益函數(shù)為：πj(qj|q-j)＝ωje[sj(q,d)]-cjqj其中cj,(j＝a,b,c)代表了每單位資源存儲(chǔ)的開(kāi)銷，wa表示資源供應(yīng)商a的頻譜價(jià)格，wc表示資源供應(yīng)商c的頻譜價(jià)格，wb表示綠色能源供應(yīng)價(jià)格。sj(q,d)代表資源供應(yīng)商所賣出的資源量。d1表示基站1覆蓋下的無(wú)線用戶需求，d2表示基站2覆蓋下的無(wú)線用戶需求。y1表示基站1需要存儲(chǔ)的資源塊數(shù)量,y2表示基站2需要存儲(chǔ)的資源塊數(shù)量。假定基站1的單位資源塊是由一個(gè)單位的綠色能源和α個(gè)單位的頻譜構(gòu)成，基站2的單位資源塊是由β個(gè)單位的綠色能源和一個(gè)單位的頻譜構(gòu)成。使用p1表示基站1的無(wú)線服務(wù)價(jià)格，使用p2表示基站2的無(wú)線服務(wù)價(jià)格。假設(shè)基站2的優(yōu)先級(jí)高于基站1，這就意味著在同等情況下，基站2可優(yōu)先購(gòu)買綠色能源。

運(yùn)營(yíng)商的的最優(yōu)決策y(q,d)＝{y1,y2}通過(guò)最大化其效用函數(shù)得到。

各資源供應(yīng)商的最佳響應(yīng)函數(shù)為：

其中δab(qb)為wap(d1≥qa,d2≤qb-αqa)-ca＝0的解，是關(guān)于y1,y2的獨(dú)立最優(yōu)容量。fi是di的分布函數(shù)，

此外，如果則有其中δbac(qa,qc)為的解。

通過(guò)分析各最佳響應(yīng)函數(shù)，資源供應(yīng)商之間的資源容量存儲(chǔ)博弈不符合超模博弈，所以很難分析、計(jì)算資源供應(yīng)商的帕累托最優(yōu)容量均衡。

但是可以從互補(bǔ)性方面下手，分析其帕累托最優(yōu)容量均衡。同時(shí)只用分析頻譜供應(yīng)商a的最佳響應(yīng)函數(shù)即可。

頻譜供應(yīng)商a的最佳響應(yīng)函數(shù)可以進(jìn)一步優(yōu)化為：

如果

如果

其中n1是的唯一解，

通過(guò)以上的進(jìn)一步優(yōu)化，可以分析得出：對(duì)于電信運(yùn)營(yíng)商給出的任意購(gòu)買價(jià)格，資源供應(yīng)商的容量存儲(chǔ)都存在唯一的帕累托最優(yōu)容量均衡，而且根據(jù)電信運(yùn)營(yíng)商的購(gòu)買價(jià)格以及資源供應(yīng)商的自身開(kāi)銷，該均衡具有不同的表達(dá)式：

(i)如果帕累托最優(yōu)容量均衡為

(ii)如果帕累托最優(yōu)容量均衡為

其中n2是的解。

(iii)如果帕累托最優(yōu)容量均衡為(δab(qb),qb,δc(qb))，其中qb的取值范圍為且滿足其中

(iv)如果帕累托最優(yōu)容量均衡存在兩種可能：

(a)如果n1＞n2，帕累托最優(yōu)容量均衡為(δab(qb),qb,δc(qb))，其中qb的取值范圍為且滿足

(b)如果n1≤n2，帕累托最優(yōu)容量均衡為

基于對(duì)資源供應(yīng)商的帕累托最優(yōu)容量均衡，下面可以分析電信運(yùn)營(yíng)商的最佳定價(jià)策略。

對(duì)于電信運(yùn)營(yíng)商任意給定的購(gòu)買價(jià)格w＝{wa,wb,wc}，假定三個(gè)資源供應(yīng)商將選擇帕累托最優(yōu)容量均衡下的資源容量。基于對(duì)資源供應(yīng)商的資源容量的預(yù)期，電信運(yùn)營(yíng)商將會(huì)選擇可以獲得最大利潤(rùn)的購(gòu)買價(jià)格w＝{wa,wb,wc}。提供了部分有關(guān)電信運(yùn)營(yíng)商最優(yōu)購(gòu)買價(jià)格的特性。例如，如果0＜p2-ωb-βωc＜p1-ωa-αωb，那么基站的優(yōu)先級(jí)被顛倒。對(duì)于這樣的價(jià)格，需要切換頻譜供應(yīng)商a和頻譜供應(yīng)商c的行為以及分散系統(tǒng)中的基站1和基站2。

此外，在最優(yōu)電信運(yùn)營(yíng)商定價(jià)決策下，資源供應(yīng)商的帕累托最優(yōu)資源容量中的幾個(gè)區(qū)域中的全部或部分可以忽略，從而顯著降低了運(yùn)營(yíng)商需要考慮的價(jià)格集。通過(guò)減少和組合區(qū)域，定義兩個(gè)新的區(qū)域，處在不同區(qū)域的購(gòu)買價(jià)格，會(huì)對(duì)資源供應(yīng)商的容量存儲(chǔ)產(chǎn)生兩種效果：

當(dāng)電信運(yùn)營(yíng)商的購(gòu)買價(jià)格處于某一區(qū)域時(shí)，資源供應(yīng)商的容量存儲(chǔ)處于平衡狀態(tài):

當(dāng)電信運(yùn)營(yíng)商的購(gòu)買價(jià)格處于另一區(qū)域時(shí)，資源供應(yīng)商的容量存儲(chǔ)處于非平衡狀態(tài):

總而言之，解決運(yùn)營(yíng)商的定價(jià)問(wèn)題，還需要做大量的研究：通過(guò)動(dòng)態(tài)分析以上兩個(gè)區(qū)域的運(yùn)營(yíng)商收益

max(π0)＝max{(p1-ωa-αωb)y1+(p2-ωb-βωc)y2}

綜合選擇最優(yōu)的購(gòu)買價(jià)格。本實(shí)施例得到的資源供應(yīng)商的容量存儲(chǔ)最優(yōu)具有唯一性，帕累托最優(yōu)性和穩(wěn)定性，即對(duì)資源供應(yīng)商所存儲(chǔ)的資源容量集合，不存在另一種合作關(guān)系，使得每個(gè)資源供應(yīng)商夠得到更好的協(xié)作效益。同時(shí)，也會(huì)相應(yīng)的使得電信運(yùn)營(yíng)商的收益最大。