[发明专利]一种基于博弈论的蜂窝异构网络资源分配方法

说明书

技术领域

本发明属于蜂窝异构网络技术领域，涉及一种异构网络中使用可再生能源为基站供电来满足用户在回传阶段的流量需求的解决方案。

背景技术

为了满足移动用户的指数增长和对数据流量的爆炸性需求，蜂窝异构网络将成为下一步移动通信的重点研究方向，而异构网络的资源分配和干扰问题是制约其发展的重要因素。如何促使异构网络中的能量分配策略与网络频谱分配的有效融合，在满足不同移动用户服务质量的前提下，提升能效、谱效，同时也使得基站的效率得以增加，是亟需解决的一个问题。现有文献大多是针对能源或者频谱场景提出优化策略，而对于可再生能源联合频谱的场景，并没有提出使用可再生能源作为共通的资源协同频谱合作方案。对于资源联合分配，宏基站和微基站以及能源供应商之间可以通过协作减少不必要的资源存储，从而减少了额外开销。另外，对于资源联合分配模型现今也没有提出过使用可再生能源联合频谱来满足用户在回传阶段的流量需求的解决方案。

经对现有技术文献的检索发现，Y.Guo等人在《IEEE Trans.Commun.,vol.62,no 10,pp.257-263,Oct 2014》上发表了题为“Joint Energy and Spectrum Cooperation for CellularCommunication Systems”一文，该文针对蜂窝系统中能量联合频谱的分配问题，提出了能量与频谱合作方式下的最优执行策略，但是此策略只引入了能源开销，并未考虑频谱的开销以及资源供应商的概念。

另检索发现，Jie Xu等人在《IEEE Trans.Veh.Technol.,vol.65,no.4,Apr.2016》上发表题为"Cooperative Energy Trading in CoMPSystemsPowered by Smart Grids,"一文，该文提出传统能源联合绿色能源进行资源分配。然而该文的系统模型针对的仅仅是能量合作方面，并没有将频谱资源考虑进去。

经检索还发现，Dapeng Li等人在《IEEE Journal on Selected Areas in Communications,vol.34,no.5,pp.1140-1159,May.2016》上发表题为"Decentralized RenewableEnergy Pricing and Allocation for Millimeter Wave CellularBackhaul"一文，该文设计了一种基于分散系统的绿色能源分配方案。该文虽然提出了运营商和资源供应商之间的最优策略，但没有更加深入的分析运营商与资源供应商之间的相互关系，同时也未提及资源块的使用。

发明内容

本发明针对上述技术的不足，提出了一种基于博弈论的蜂窝异构网络资源分配方法。本方法详细分析了在异构网络无线回传阶段，由可再生能源供电的微基站根据需要向宏基站支付一定的费用购买到相应的带宽，向可再生能源供应商购买电能，用来满足移动用户的需求。通过博弈分析方法，证明资源供应商之间存在帕累托最优容量均衡，同时基于帕累托最优容量均衡，得出了资源供应商的最佳定价策略，最终使得网络系统中的能效、谱效得以充分利用。微基站通过这种分配最大化的满足用户在回传阶段的流量需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案包括如下步骤：

第一步，通过集中式算法，求出一种最优资源分配，得到宏基站和能源供应商的最优均衡存储因子z_c，带宽和发射功率的最优单位价格总和U_c；

第二步，在分布式算法下，建立带宽和发射功率关于单位价格的关系函数；

第三步，考虑纳什均衡条件，建立宏基站和能源供应商的效用函数，求出带宽和发射功率的最优均衡单位价格u_i(z)；

第四步，采用逆向归纳法，证明集中式算法求得的z_c就是分布式算法在纳什均衡条件下的帕累托最优解；

第五步，根据最优存储因子z_c和最优单位价格u_i(z)求得微基站的最优收益。

进一步，上述集中式算法又包含以下步骤：

第一步，在均衡条件下，系统遵循相同的事件序列，所以宏基站和能源供应商提供的单位带宽和发射功率的数量相同(q＝q₁＝q₂)，即存储因子相同(z＝z₁＝z₂)；