一种基于主从博弈的可再生能源分配算法制造技术

本发明专利技术公开了一种基于主从博弈的可再生能源分配算法，包含以下步骤：第一步，回程链路上的能源供应商设置合适的能源价格；第二步，运营商根据能源价格设置订购量和服务费用；第三步，每个节点的能源供应商之间组成联盟，重复第一、二步，达到稳定的联盟结构。与现有技术相比，本发明专利技术通过分析用户对数据流量价格的敏感程度以及可再生能源供应商的能量出价，使得无线运营商做出关于流量需求量和服务价格的决策；通过设计分布式算法，使得能源供应商的出价达到当前存在竞争情况下的最优价格；通过分析合作模式，进一步提高了系统各部分的收益。

A renewable energy allocation algorithm based on Stackelberg game

The invention discloses a renewable energy allocation algorithm based on game theory, which comprises the following steps: the first step, backhaul links energy suppliers to set appropriate energy prices; the second step, the operator according to the energy price setting order quantity and service cost; the third step, between each node energy supplier alliance, repeat step first, second to achieve the stable coalition structure. Compared with the prior art, the invention through the analysis of user sensitivity to data flow energy bid price and renewable energy suppliers, the wireless operators on price and service flow demand decision; through the design of the distributed algorithm, which makes the energy suppliers offer to meet the current optimal price competition situation through the analysis; mode of cooperation, to further improve the system in different parts of the income.

【技术实现步骤摘要】
一种基于主从博弈的可再生能源分配算法
本专利技术属于无线网络
，具体涉及的是一种无线网络回程链路节点上基于主从博弈的可再生能源分配算法。
技术介绍
近年来，随着无线网络的快速发展，回程链路需要传输的数据越来越多，对能源的需求也与日俱增，如何降低能耗以及为多跳回传链路中的每个节点分配能量将成为下一代绿色无线网络设计的关键。多跳回传链路能够大大降低由于远距离传输数据带来的路径损失，其中每个节点既是终端又是接入设备，在网络规模大、用户多的场景下，可以显著提高能量的利用率。现有文献大多是针对回程链路的节点提出能量分配策略，并没有考虑终端用户对数据流量价格的敏感程度。另外，对于单个节点上多个供应商之间的竞争以及多个节点间供应商的合作对能源分配产生的影响也没有进行深入研究。经对现有技术文献的检索发现，Y.Chia等人在《IEEE，Dec2014,pp.6996-7010》上发表了题为“Energycooperationincellularnetworkswithrenewablepoweredbasestations”一文，该文针对基站提出的能源分配策略，在保证用户服务质量的前提下使得运营成本和能源消耗达到最低，但是此策略只是针对物理层，并未考虑无线网络中的能源分配情况。另检索发现，H.Liu，H.Zhang等人在《IEEEInternationalConferenceonCommunications(ICC),KualaLumpur,2016,pp.1-5》上发表题为"Energyefficientpowerallocationandbackhauldesigninheterogeneoussmallcellnetworks"一文，该文在无线网络环境下，解决了回程链路上的能源分配问题，但并没有考虑使用可再生能源以及多跳回程链路情况下，每个节点的能源分配情况。经检索还发现，D.Li等人在《IEEEJournalonSelectedAreasinCommunications,vol.34,no.8,pp.1140-1159,May.2016》上发表题为"DecentralizedRenewableEnergyPricingandAllocationforMillimeterWaveCellularBackhaul"一文，该文在蜂窝网络多跳链路上设计了一种分配可再生能源的分布式算法。该文虽然提出了能源分配的分布式算法，但没有考虑终端用户的需求情况以及节点间能源供应商的合作模型。
技术实现思路
本专利技术针对上述技术的不足，给出了一种无线网络多跳回程链路下基于主从博弈的可再生能源分配算法。该分布式算法为每个供应商找到唯一的均衡出价策略，无线运营商可根据该策略制定相应的能源订购策略和数据服务价格。同时该分布式算法也将同一节点上多个供应商之间的竞争关系考虑在内，并观察了竞争关系是如何通过影响供应商的出价策略来提高系统各部分的收益的。本专利技术采用的技术方案为一种基于主从博弈的可再生能源分配算法，包含以下步骤：第一步，回程链路上的能源供应商设置合适的能源价格；第二步，运营商根据能源价格设置订购量和服务费用；第三步，每个节点的能源供应商之间组成联盟，重复第一、二步，达到稳定的联盟结构。进一步，上述设置合适的能源价格包括设置每个节点供应商的能源成本ci和其竞争对手的能源成本按照设置每个节点的竞争激烈程度。系统达到纳什均衡时，竞争激烈程度的均衡值为并从第一个节点开始，将此节点竞争激烈程度与比较，若不大于则该节点的能源供应商将选择其竞争对手的成本值作为自己的能量售价；若大于则该节点的能源供应商将设置作为能量售价，其中是第1个到第i-1个节点处能源供应商竞争对手的成本，C{i，n}是第i个到第n个节点处能源供应商的成本，R是数据传输速率，c0表示运营成本π(m)表示当一条回程链路上的m个联盟达到均衡时每个联盟所获得的收益。上述组成联盟是指在确定了每个节点的能源供应商之后，它们之间可以进行联盟，假定经过自由联盟后形成的联盟结构为A＝{A1，…，Am}，从第一个联盟开始分析，定义如果联盟中只有一个成员,当U(m)≤||A2||+1，这个成员保持当前状态，否则，这个成员会选择任何一个联盟加入；如果联盟中不止一个成员,当U(m)≥||Am||，这个成员保持当前状态，否则，这个成员会背叛当前联盟加入其他联盟；循环若干次直到遍历完所有联盟，||Am||表示联盟Am中的成员个数。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1)通过分析用户对数据流量价格的敏感程度以及可再生能源供应商的能量出价，使得无线运营商做出关于流量需求量和服务价格的决策；2)通过设计分布式算法，使得能源供应商的出价达到当前存在竞争情况下的最优价格；3)通过分析合作模式，进一步提高了系统各部分的收益。附图说明图1是某一回程链路上竞争和合作情况示意图；图2是博弈过程逆向分析法示意图；图3是合作模型中的第一级博弈分析示意图；图4是均衡和非均衡情况下每个供应商收益对比示意图；图5是合作与非合作情况下对供应商的能源需求量对比示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。如图1系统模型所示，无线网络n跳回程链路中每个节点上的可再生能源供应商通过竞争来成为该节点的唯一供应商，确定每个节点的供应商之后，他们之间可以通过建立合作关系来进一步提高整个系统的收益。实施例本实施例用于无线网络中，包括步骤如下：第一步，回程链路上的能源供应商设置合适的能源价格。第二步，运营商根据能源价格设置订购量和服务费用。第三步，每个节点的能源供应商之间组成联盟，重复第一、二步，达到稳定的联盟结构。由于运营商在设置数据回传价格时需要考虑到价格弹性指数，在设置订购量时需要考虑到每个地点不同的路径损耗所以，运营商从每个供应商处订购的能量可以表示为:其中b表示价格弹性指数，R表示数据传输速率，α表示用户数量，β表示用户接受运营商设置的服务价格的概率，运营商在选择p和q时只由W(所有供应商的出价总和)决定。我们采用逆向分析法，如图2所示，先分析每个供应商的利润函数πi(wi|W-i)＝(wi-ci)qi,其中，W-i＝W-wi，表示除当前节点的其他节点上供应商的出价总和，通过对每个供应商的利润函数求偏导，我们可以得到每个供应商的出价：联立n个供应商的出价方程可以得到这一博弈的唯一Nash均衡解：其中m＝min{j：j∈[0，n-1]，b＞n-j}，有了供应商的最优策略，运营商可以根据自己想要获得的最大利润来设置能源订购量和对用户收取的服务费用。在合作模型中，假设供应商在将能源卖给运营商之前可以自由组成联盟，则能源供应者和运营商之间的问题可以分成两级来考虑：第一级，某个供应商应该选择和谁组成联盟从而使自已获得更多的收益，如图3所示；第二级，和竞争模型相同。合作模型中能源供应者和运营商的相互作用同样可以用主从博弈描述，但是此时的博弈参与者为运营商和能源供应商组成的联盟。需要注意的是，第一级问题的分析是建立在第二级博弈问题达成的均衡基础之上的，所以，我们依旧使用逆向分析法来解决这两级问题。由于本专利技术的用户本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于主从博弈的可再生能源分配算法，其特征在于，包含以下步骤：第一步，回程链路上的能源供应商设置合适的能源价格；第二步，运营商根据能源价格设置订购量和服务费用；第三步，每个节点的能源供应商之间组成联盟，重复第一、二步，达到稳定的联盟结构。

【技术特征摘要】
1.一种基于主从博弈的可再生能源分配算法，其特征在于，包含以下步骤：第一步，回程链路上的能源供应商设置合适的能源价格；第二步，运营商根据能源价格设置订购量和服务费用；第三步，每个节点的能源供应商之间组成联盟，重复第一、二步，达到稳定的联盟结构。2.根据权利要求1所述的基于主从博弈的可再生能源分配算法，其特征在于，所述设置合适的能源价格包括设置每个节点供应商的能源成本ci和其竞争对手的能源成本3.根据权利要求2所述的基于主从博弈的可再生能源分配算法，其特征在于，按照设置每个节点的竞争激烈程度。4.根据权利要求3所述的基于主从博弈的可再生能源分配算法，其特征在于系统达到纳什均衡时，竞争激烈程度的均衡值为并从第一个节点开始，将此节点竞争激烈程度与比较，若不大于则该节点的能源供应商将选择其竞争对手的成本值作为自己的能量售价；若大于则该节点的能源供应商...

【专利技术属性】
技术研发人员：李大鹏，杨晨飞，黄波，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32