本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域，特別地，涉及一種混合能源供電蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站間能源協(xié)作方法。

背景技術(shù)：

隨著人們對(duì)無(wú)線接入的需求不斷提升，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不斷擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)對(duì)傳統(tǒng)能源(即不可再生的化石能源)的消耗量不斷上升。這為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)壓力；同時(shí)，傳統(tǒng)能源使用過(guò)程中所產(chǎn)生的碳排放也為生態(tài)環(huán)境帶來(lái)溫室效應(yīng)等問(wèn)題?，F(xiàn)在，使用太陽(yáng)能，風(fēng)能、潮汐以及生物能等可再生的綠色能源替代傳統(tǒng)能源，已經(jīng)成為了包括無(wú)線通信產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的所有產(chǎn)業(yè)最具前景的可持續(xù)發(fā)展供電解決方案，綠色能源供電已經(jīng)在世界各地獲得應(yīng)用。

蜂窩無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中大量部署的基站作為網(wǎng)絡(luò)中主要能耗設(shè)備，廣泛分布在不同的地區(qū)，而不同地理位置的綠色可再生能源產(chǎn)生量有所不同，因而，各個(gè)基站可使用的綠色能源量并不相同；同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)負(fù)載量在時(shí)間與空間維度上動(dòng)態(tài)變化，同一基站在不同時(shí)間負(fù)載量不同，在同一時(shí)間不同位置的基站其負(fù)載量各不相同。

蜂窩網(wǎng)絡(luò)中會(huì)出現(xiàn)一部分基站負(fù)載量較大而綠色能源量較少的情況，此時(shí)需要使用傳統(tǒng)能源供電；一部分基站負(fù)載量較少而綠色能源較多的情況，此時(shí)綠色能源得不到充分利用而導(dǎo)致浪費(fèi)。而在最理想的情況中，每個(gè)基站因負(fù)載量對(duì)能源的需求量與綠色能源供應(yīng)量相等。因此，綠色能源較充足的基站可以通過(guò)智能電網(wǎng)將一部分能源傳輸給綠色能源不足的基站，使網(wǎng)絡(luò)中的綠色能源得到充分利用，盡可能使每個(gè)基站的負(fù)載量與綠色能源供應(yīng)量相一致。

智能電網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛研究，并且已經(jīng)在歐洲、美國(guó)等世界各地得到應(yīng)用，安裝有智能電表的用戶可以通過(guò)更加智能的電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)與其他用戶以及電力供應(yīng)商進(jìn)行信息交互，使電力供應(yīng)更加靈活?；局g信息與電力通過(guò)智能電網(wǎng)雙向傳輸，可以使蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的綠色能源得到更加高效的利用。

在多個(gè)基站之間進(jìn)行綠色能源的協(xié)作傳輸，需要有特定的傳輸方法，使綠色能源充足的基站既能夠?qū)⒆陨硪徊糠帜茉磦鬏斀o綠色能源供應(yīng)不足的基站，又能夠保證自身負(fù)載量對(duì)能源的需求，在此基礎(chǔ)上，參與協(xié)作使用的綠色能源量盡可能大，而現(xiàn)有的綠色能源供電的基站間尚不存在解決此問(wèn)題的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種混合能源供電蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站間能源協(xié)作方法，能夠使基站在保證自身負(fù)載量對(duì)能源的需求的前提下將自身剩余綠色能源協(xié)作傳輸給綠色能源供應(yīng)不足的基站，使得參與協(xié)作使用的綠色能源量達(dá)到最大。

基于上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供了一種混合能源供電蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站間能源協(xié)作方法，包括：

持續(xù)從環(huán)境中收集綠色能源并存儲(chǔ)于各基站本地；

根據(jù)各基站的綠色能源存儲(chǔ)費(fèi)用與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包到達(dá)率，計(jì)算出各基站的本地能源最佳存儲(chǔ)量；

根據(jù)各基站的本地存儲(chǔ)量與本地能源最佳存儲(chǔ)量，將各基站分類為能源供應(yīng)基站與能源需求基站；

能源供應(yīng)基站之間進(jìn)行博弈，并將能源供應(yīng)基站的多余能源交易給能源需求基站。

其中，各基站均包括綠色能源發(fā)電設(shè)備與儲(chǔ)能設(shè)備；持續(xù)從環(huán)境中收集綠色能源并存儲(chǔ)于各基站本地，為發(fā)電設(shè)備持續(xù)從環(huán)境中收集綠色能源并存儲(chǔ)于各基站的儲(chǔ)能設(shè)備中，其中，綠色能源包括以下至少之一：太陽(yáng)能、風(fēng)能、水利能、地?zé)崮?、生物能、潮汐能?/p>

其中，根據(jù)各基站綠色能源存儲(chǔ)費(fèi)用與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包到達(dá)率，計(jì)算出各基站的本地能源最佳存儲(chǔ)量包括：

根據(jù)各基站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包到達(dá)率確定數(shù)據(jù)包到達(dá)量；

根據(jù)數(shù)據(jù)包到達(dá)量確定自身負(fù)載量；

根據(jù)自身負(fù)載量、信道增益與服務(wù)質(zhì)量要求閾值確定各基站的實(shí)時(shí)消耗功率；

根據(jù)基站實(shí)時(shí)負(fù)載量與綠色能源存儲(chǔ)費(fèi)用，計(jì)算出在一定時(shí)間周期各基站的本地能源最佳存儲(chǔ)量。

并且，數(shù)據(jù)包到達(dá)過(guò)程為泊松過(guò)程，數(shù)據(jù)包到達(dá)量為符合泊松分布的概率分布；自身負(fù)載量為一定時(shí)間段內(nèi)數(shù)據(jù)包到達(dá)量，發(fā)射功率消耗正比于數(shù)據(jù)包到達(dá)量；無(wú)線信道環(huán)境為具有零均值加性高斯白噪聲的瑞利衰落信道環(huán)境，在一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)信道增益恒定；服務(wù)質(zhì)量要求閾值為數(shù)據(jù)傳輸速率閾值。

同時(shí)，根據(jù)實(shí)時(shí)負(fù)載量與綠色能源存儲(chǔ)費(fèi)用，計(jì)算出在一定時(shí)間周期各基站的本地能源最佳存儲(chǔ)量包括：

確定各基站的單位能源缺貨費(fèi)用與單位能源存儲(chǔ)費(fèi)用；

根據(jù)負(fù)載量、單位能源缺貨費(fèi)用與單位能源存儲(chǔ)費(fèi)確定存儲(chǔ)費(fèi)用期望函數(shù)；

根據(jù)存儲(chǔ)費(fèi)用期望函數(shù)計(jì)算出單位時(shí)間周期內(nèi)的本地能源最佳存儲(chǔ)量。

并且，根據(jù)各基站的本地存儲(chǔ)量與本地能源最佳存儲(chǔ)量，將各基站分類為綠色能源供應(yīng)基站與能源需求基站，為將本地存儲(chǔ)量大于本地能源最佳存儲(chǔ)量定為能源供應(yīng)基站，將本地存儲(chǔ)量小于本地能源最佳存儲(chǔ)量定為能源需求基站，其中，能源供應(yīng)基站供應(yīng)的能源量為其本地存儲(chǔ)量減本地能源最佳存儲(chǔ)量，能源需求基站需求的能源量為其本地能源最佳存儲(chǔ)量減本地存儲(chǔ)量。

同時(shí)，綠色能源供應(yīng)基站之間進(jìn)行博弈，并將能源供應(yīng)基站的多余能源交易給能源需求基站包括：

根據(jù)能源需求基站需求的能源總量和能源供應(yīng)基站的收益，確定能源交易價(jià)格和能源交易量；

根據(jù)能源交易價(jià)格與能源需求效率，確定能源需求基站的收益函數(shù)；

根據(jù)自身負(fù)載量與傳輸成本權(quán)重，確定能源供應(yīng)基站的供應(yīng)成本；

根據(jù)能源交易價(jià)格與供應(yīng)成本，確定能源供應(yīng)基站的收益函數(shù)；

根據(jù)能源需求基站的收益函數(shù)與能源供應(yīng)基站的收益函數(shù)以寡頭壟斷模型進(jìn)行博弈，直到獲得納什均衡；

根據(jù)納什均衡解的方案，將能源供應(yīng)基站的多余能源交易給能源需求基站。

并且，寡頭壟斷模型為寡頭壟斷古諾模型，各能源供應(yīng)基站根據(jù)其他能源供應(yīng)基站在博弈過(guò)程中能源供應(yīng)量的歷史數(shù)據(jù)，以獲取最大收益為目標(biāo)各自決定能源供應(yīng)量，經(jīng)過(guò)多次博弈過(guò)程，各能源供應(yīng)基站的提供能源量達(dá)到穩(wěn)定值并獲取最大收益，其中，各能源供應(yīng)基站同時(shí)給出各自提供能源量，并且根據(jù)所有能源供應(yīng)基站的決定獲得收益。

同時(shí)，寡頭壟斷模型為寡頭斯坦克爾伯格模型，各能源供應(yīng)基站根據(jù)其他能源供應(yīng)基站在博弈過(guò)程中能源供應(yīng)量的歷史數(shù)據(jù)，以獲取最大收益為目標(biāo)各自決定能源供應(yīng)量，經(jīng)過(guò)多次博弈過(guò)程，各能源供應(yīng)基站的提供能源量達(dá)到穩(wěn)定值并獲取最大收益，其中，一部分能源供應(yīng)基站先制定提供能源量的策略，其余能源供應(yīng)基站根據(jù)先動(dòng)能源供應(yīng)基站的策略后制定行動(dòng)策略，并且根據(jù)所有能源供應(yīng)基站的決定獲得收益。

從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的技術(shù)方案通過(guò)使用持續(xù)從環(huán)境中收集綠色能源并存儲(chǔ)于各基站本地，根據(jù)各基站的綠色能源存儲(chǔ)費(fèi)用與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包到達(dá)率，計(jì)算出各基站的本地能源最佳存儲(chǔ)量，根據(jù)各基站的本地存儲(chǔ)量與本地能源最佳存儲(chǔ)量，將各基站分類為能源供應(yīng)基站與能源需求基站，能源供應(yīng)基站之間進(jìn)行博弈，并將能源供應(yīng)基站的多余能源交易給能源需求基站的技術(shù)手段，能夠使基站在保證自身對(duì)能源的需求的前提下將自身一部分能源協(xié)作傳輸給綠色能源供應(yīng)不足的基站，使得參與協(xié)作使用的綠色能源量達(dá)到最大。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種混合能源供電蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站間能源協(xié)作方法的流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種混合能源供電蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站間能源協(xié)作方法的一個(gè)實(shí)施例中，混合能源供電的蜂窩網(wǎng)模型圖；

圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種混合能源供電蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站間能源協(xié)作方法的一個(gè)實(shí)施例中，基于寡頭壟斷古諾模型的博弈過(guò)程折線圖；

圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種混合能源供電蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站間能源協(xié)作方法的一個(gè)實(shí)施例中，基于寡頭壟斷斯坦克爾伯格模型的博弈過(guò)程折線圖；

圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種混合能源供電蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站間能源協(xié)作方法的一個(gè)實(shí)施例中，多種能源協(xié)作模型的綠色能源交易總量-能源供應(yīng)者數(shù)量折線對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)一步進(jìn)行清楚、完整、詳細(xì)地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了一種混合能源供電蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站間能源協(xié)作方法。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的提供的一種混合能源供電蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站間能源協(xié)作方法包括：

步驟S101，持續(xù)從環(huán)境中收集綠色能源并存儲(chǔ)于各基站本地；

步驟S103，根據(jù)各基站綠色能源存儲(chǔ)成本與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包到達(dá)率，計(jì)算出各基站的本地能源最佳存儲(chǔ)量；

步驟S105，根據(jù)各基站的本地存儲(chǔ)量與本地能源最佳存儲(chǔ)量，將各基站分類為能源供應(yīng)基站與能源需求基站；

步驟S107，能源供應(yīng)基站之間進(jìn)行博弈，并將能源供應(yīng)基站的多余能源交易給能源需求基站。

其中，各基站均包括發(fā)電設(shè)備與儲(chǔ)能設(shè)備；持續(xù)從環(huán)境中收集綠色能源并存儲(chǔ)于各基站本地，為發(fā)電設(shè)備持續(xù)從環(huán)境中收集綠色能源并存儲(chǔ)于各基站的儲(chǔ)能設(shè)備中，其中，綠色能源包括以下至少之一：太陽(yáng)能、風(fēng)能、水利能、地?zé)崮?、生物能、潮汐能?/p>

其中，根據(jù)各基站綠色能源存儲(chǔ)費(fèi)用與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包到達(dá)率，計(jì)算出各基站的本地能源最佳存儲(chǔ)量包括：

根據(jù)各基站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包到達(dá)率確定數(shù)據(jù)包到達(dá)量；

根據(jù)數(shù)據(jù)包到達(dá)量確定自身負(fù)載量；

根據(jù)自身負(fù)載量、信道增益與服務(wù)質(zhì)量要求閾值確定各基站的實(shí)時(shí)消耗功率；

根據(jù)存儲(chǔ)成本與時(shí)間周期計(jì)算出各基站的本地能源最佳存儲(chǔ)量。

并且，數(shù)據(jù)包到達(dá)過(guò)程為泊松過(guò)程，數(shù)據(jù)包到達(dá)量為符合泊松分布的概率分布；自身負(fù)載量為各基站一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)數(shù)據(jù)包到達(dá)量，發(fā)射功率消耗正比于負(fù)載量；無(wú)線信道環(huán)境為具有零均值加性高斯白噪聲的瑞利衰落信道環(huán)境，在一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)信道增益恒定；服務(wù)質(zhì)量要求閾值為數(shù)據(jù)傳輸速率閾值。

同時(shí)，根據(jù)存儲(chǔ)成本與時(shí)間周期計(jì)算出各基站的本地能源最佳存儲(chǔ)量包括：

確定各基站的單位能源缺貨費(fèi)用與單位能源存儲(chǔ)費(fèi)用；

根據(jù)負(fù)載量、單位能源缺貨費(fèi)用與單位能源存儲(chǔ)費(fèi)確定存儲(chǔ)費(fèi)用期望函數(shù)；

根據(jù)存儲(chǔ)費(fèi)用期望函數(shù)最小值，計(jì)算出單位時(shí)間周期內(nèi)的本地能源最佳存儲(chǔ)量。

并且，根據(jù)各基站的本地存儲(chǔ)量與本地能源最佳存儲(chǔ)量，將各基站分類為能源供應(yīng)基站與能源需求基站，為將本地存儲(chǔ)量大于本地能源最佳存儲(chǔ)量定為能源供應(yīng)基站，將本地存儲(chǔ)量小于本地能源最佳存儲(chǔ)量定為能源需求基站，其中，能源供應(yīng)基站供應(yīng)的能源量為其本地存儲(chǔ)量減本地能源最佳存儲(chǔ)量，能源需求基站需求的能源量為其本地能源最佳存儲(chǔ)量減本地存儲(chǔ)量。

同時(shí)，能源供應(yīng)基站之間進(jìn)行博弈，并將能源供應(yīng)基站的多余能源交易給能源需求基站包括：

根據(jù)所有能源供應(yīng)基站的收益、所有能源需求基站需求的能源總量、以及能源交易效率，確定能源交易價(jià)格；

根據(jù)能源交易價(jià)格與能源需求效率，確定能源需求基站的收益函數(shù)；

根據(jù)自身負(fù)載量與傳輸成本權(quán)重，確定能源供應(yīng)基站的供應(yīng)成本；

根據(jù)能源交易價(jià)格與供應(yīng)成本，確定能源供應(yīng)基站的收益函數(shù)；

根據(jù)能源需求基站的收益函數(shù)與能源供應(yīng)基站的收益函數(shù)以寡頭壟斷模型進(jìn)行博弈，直到獲得納什均衡；

根據(jù)納什均衡解的方案，將能源供應(yīng)基站的多余能源交易給能源需求基站。

并且，寡頭壟斷模型為寡頭壟斷古諾模型，各能源供應(yīng)基站根據(jù)其他能源供應(yīng)基站在博弈過(guò)程中能源供應(yīng)量的歷史數(shù)據(jù)，以獲取最大收益為目標(biāo)各自決定能源供應(yīng)量，經(jīng)過(guò)多次博弈過(guò)程，各能源供應(yīng)基站的提供能源量達(dá)到穩(wěn)定值并獲取最大收益，其中，各能源供應(yīng)基站同時(shí)給出各自提供能源量，并且根據(jù)所有能源供應(yīng)基站的決定獲得收益。

同時(shí)，寡頭壟斷模型為寡頭斯坦克爾伯格模型，各能源供應(yīng)基站根據(jù)其他能源供應(yīng)基站在博弈過(guò)程中能源供應(yīng)量的歷史數(shù)據(jù)，以獲取最大收益為目標(biāo)各自決定能源供應(yīng)量，經(jīng)過(guò)多次博弈過(guò)程，各能源供應(yīng)基站的提供能源量達(dá)到穩(wěn)定值并獲取最大收益，其中，一部分能源供應(yīng)基站先制定提供能源量的策略，其余能源供應(yīng)基站根據(jù)先動(dòng)能源供應(yīng)基站的策略后制定行動(dòng)策略，并且根據(jù)所有能源供應(yīng)基站的決定獲得收益。

下面根據(jù)具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明的技術(shù)特征。

圖2示出的是混合能源供電的蜂窩網(wǎng)模型。如圖2所示，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站安裝有綠色能源供電設(shè)備，包括太陽(yáng)能電池板，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備等，以產(chǎn)生綠色電力，并且有綠色能源存儲(chǔ)設(shè)備。同時(shí)，蜂窩網(wǎng)絡(luò)依然有傳統(tǒng)電力供應(yīng)，作為綠色能源的補(bǔ)充，在網(wǎng)絡(luò)綠色能源不夠的情況下，利用傳統(tǒng)電力維持網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行。智能電網(wǎng)作為給蜂窩網(wǎng)絡(luò)提供傳統(tǒng)電力供應(yīng)的電力供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)作為基站間綠色電力能源傳輸?shù)耐ǖ?。在本發(fā)明實(shí)施例中，蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的基站(Base Station,簡(jiǎn)稱BS)i記作BS_i，在時(shí)間t的能源供應(yīng)如下式所示：

Ei(t)＝Si(t)+Wi(t)

能源供應(yīng)量Ei(t)由兩部分組成，分別為綠色能源Si(t)以及傳統(tǒng)電力供應(yīng)能源Wi(t)，傳統(tǒng)能源Wi(t)作為綠色能源短缺時(shí)的補(bǔ)充。綠色能源Si(t)由基站S_i自身產(chǎn)生并存儲(chǔ)的綠色能源REGi(t)和來(lái)自與其他基站j(記作BSj)的協(xié)作能源COji(t)：

其中，COji(t)可以是正值，表示基站BS_i自身綠色能源產(chǎn)生量不足，需要其他基站BSj傳輸綠色能源進(jìn)行協(xié)作供應(yīng)，可以提供能源的基站數(shù)為N；COji(t)可以是負(fù)值，表示基站BS_i自身綠色能源供應(yīng)過(guò)量，綠色能源出現(xiàn)剩余，可以傳輸剩余能源給其他基站。對(duì)于每一個(gè)基站，自身產(chǎn)生并存儲(chǔ)的綠色能源REGi(t)和能夠存儲(chǔ)下來(lái)的總的能源量Si(t)是實(shí)時(shí)變化的，其具體數(shù)值通過(guò)智能電表實(shí)時(shí)檢測(cè)并記錄下來(lái)。

根據(jù)無(wú)線通信以及通信網(wǎng)理論，基站與服務(wù)終端之間的無(wú)線信道建模為帶寬受限功率受限高斯信道；每個(gè)基站負(fù)載量以到達(dá)基站的數(shù)據(jù)量計(jì)算，數(shù)據(jù)包到達(dá)過(guò)程建模為泊松過(guò)程。在本發(fā)明實(shí)施例中，數(shù)據(jù)包到達(dá)基站BS_i的過(guò)程為泊松過(guò)程，當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)率為μ(μ≥0)時(shí)，那么在時(shí)間段[t,t+τ]內(nèi)到達(dá)的數(shù)據(jù)包數(shù)量k為服從參數(shù)為μ×τ泊松分布的隨機(jī)變量，參數(shù)μ×τ的值是到達(dá)的數(shù)據(jù)包數(shù)量的期望值，即負(fù)載量。變量k的概率分布函數(shù)為：

由于基站消耗電量主要用于發(fā)射功率，因此基站所需能源量與所要處理的負(fù)載量成正比，在任意時(shí)間t，基站BS_i所需能源量D_i(t)也為泊松過(guò)程。在時(shí)間段[t,t+τ]內(nèi)到達(dá)基站BS_i的數(shù)據(jù)包量為隨機(jī)變量k時(shí)，所需能源量d為d＝d_k＝a×k，也是一個(gè)服從泊松分布的隨機(jī)變量，此處a為基站處理每個(gè)數(shù)據(jù)包所需耗費(fèi)的能源量。處理負(fù)載量為k時(shí)，所需能源d＝d_k的概率記作可得：

當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)率μ隨時(shí)間變化地時(shí)候，和p_k(τ)也相應(yīng)的隨μ發(fā)生改變。

對(duì)于基站BS_i，基站發(fā)射功率大小主要由帶寬、數(shù)據(jù)傳輸速率和無(wú)線信道質(zhì)量決定。移動(dòng)用戶到基站的無(wú)線信道建模為具有零均值加性高斯白噪聲的瑞利衰落信道。信道噪聲方差為σ²，移動(dòng)用戶z到基站BS_i的信道增益為h_z，瑞利衰落路徑損耗與信道增益在一個(gè)發(fā)射周期內(nèi)設(shè)為常數(shù)，用戶z數(shù)據(jù)率為：

其中，P_z為基站的發(fā)射功率。用戶z數(shù)據(jù)率為r_z時(shí)，基站BS_i發(fā)射功率為：

在一定的信道質(zhì)量下，為了保證在數(shù)據(jù)傳輸速率上的服務(wù)質(zhì)量，用戶數(shù)據(jù)傳輸速率r_z需要達(dá)到一定的門限值，這就需要基站的發(fā)射功率P_z達(dá)到一定的門限值。基站中有Z個(gè)用戶的情況下，時(shí)間段[t,t+τ]內(nèi)總能耗為：由于發(fā)射功率是基站能量消耗最主要的部分，在本發(fā)明實(shí)施例中“功率”和“能量”指代同一事物。根據(jù)Z個(gè)不同用戶的各自的應(yīng)用對(duì)數(shù)據(jù)率的要求和用戶無(wú)線信道質(zhì)量調(diào)整發(fā)射功率，用戶z(z＝0,1,...,Z.{Z∈Z⁺})的數(shù)據(jù)率門限值為R_z,信道質(zhì)量h_z為H_z時(shí)，基站總能耗為：

存儲(chǔ)論作為運(yùn)籌學(xué)的一個(gè)分支，主要用來(lái)解決供應(yīng)與需求不對(duì)等的問(wèn)題。在商品銷售過(guò)程中，市場(chǎng)需求與供貨量之間總是存在差異，存儲(chǔ)理論作為緩沖在供應(yīng)量與需求量之間建立起橋梁，降低二者之間差異的不確定性。一個(gè)存儲(chǔ)過(guò)程包含了需求量、供應(yīng)量、存儲(chǔ)策略和存儲(chǔ)費(fèi)用四個(gè)方面。存儲(chǔ)費(fèi)用c包含四部分，初始費(fèi)用、存儲(chǔ)費(fèi)用、缺貨費(fèi)用和采購(gòu)成本。存儲(chǔ)的目標(biāo)就是制定存儲(chǔ)策略以確定最佳存儲(chǔ)量S，使存儲(chǔ)費(fèi)用降到最低。對(duì)于蜂窩網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)混合能源供電的基站，綠色能源作為供應(yīng)，基站中的負(fù)載所需能源作為需求，每個(gè)基站的綠色能源產(chǎn)生量與負(fù)載需求均為變量，兩者之間存在差異，因此通過(guò)能源存儲(chǔ)可以盡可能使供應(yīng)滿足需求。每一次存儲(chǔ)，可能出現(xiàn)以下三種情況：

(1)S<d：存儲(chǔ)量少于需求量，此時(shí)產(chǎn)生缺貨費(fèi)用為(d-S)×C_S，C_S為單位缺貨費(fèi)用。

(2)S＝d：能源最佳存儲(chǔ)量。此時(shí)存儲(chǔ)的能源剛好滿足需求。

(3)S>d：存儲(chǔ)量多于需求量，此時(shí)產(chǎn)生存儲(chǔ)費(fèi)用為(S-d)×C_H，C_H為單位存儲(chǔ)費(fèi)用。

在本發(fā)明實(shí)施例中，需要存儲(chǔ)的物品為綠色能源，由于風(fēng)能、太陽(yáng)能等綠色能源可以免費(fèi)獲取，因而能源的采購(gòu)成本為零；初始費(fèi)用為部署綠色能源產(chǎn)生設(shè)備所需的費(fèi)用，設(shè)備一經(jīng)部署，在此后的能源存儲(chǔ)中就不再需要考慮，因而初始費(fèi)用為常數(shù)值。因此，基站進(jìn)行綠色能源存儲(chǔ)時(shí)主要需要考慮的是缺貨費(fèi)和存儲(chǔ)費(fèi)。缺貨費(fèi)用體現(xiàn)在綠色能源存儲(chǔ)量不足時(shí)需要使用傳統(tǒng)電力供電所產(chǎn)生的成本；存儲(chǔ)費(fèi)用體現(xiàn)在存儲(chǔ)能源的設(shè)備費(fèi)用，綠色能源存儲(chǔ)容量越大的設(shè)備費(fèi)用越高。當(dāng)所需能源量d的隨機(jī)變量分布函數(shù)P(d)已知，只考慮存儲(chǔ)費(fèi)用和缺貨費(fèi)用時(shí)，存儲(chǔ)費(fèi)用期望值為：

對(duì)于每一個(gè)基站，綠色能源的最佳存儲(chǔ)量就是能夠使存儲(chǔ)費(fèi)用期望值最低的存儲(chǔ)量S。而對(duì)于任意基站BS_i，最佳存儲(chǔ)量S與自身產(chǎn)生的綠色能源量REGi(t)存在兩種關(guān)系：

(1)S＜REGi(t)，最佳存儲(chǔ)量小于綠色能源產(chǎn)生量，基站綠色能源產(chǎn)生剩余，此時(shí)基站作為其他基站的綠色能源供應(yīng)者，可以將自身剩余綠色能源傳輸給綠色能源不足的基站；

(2)S≥REGi(t)，最佳存儲(chǔ)量大于綠色能源產(chǎn)生量，基站自身綠色能源供應(yīng)不足，此時(shí)基站作為其他基站的綠色能源需求者，需要其他綠色能源有剩余的基站協(xié)助傳輸一部綠色能源作為補(bǔ)充。

基站之間綠色能源協(xié)作存儲(chǔ)為綠色能源供應(yīng)與負(fù)載需求之間建立起橋梁，通過(guò)將綠色能源出現(xiàn)剩余的基站的一部分綠色能源通過(guò)智能電網(wǎng)傳輸給綠色能源不足的基站，使每一個(gè)參與能源協(xié)作的基站其綠色能源供應(yīng)能夠持續(xù)穩(wěn)定地滿足負(fù)載需求，不再出現(xiàn)綠色能源浪費(fèi)或者綠色能源供應(yīng)不足的情況。

為了促進(jìn)能源協(xié)作的進(jìn)行，能源供應(yīng)者需要在提供自身一部分綠色能源給能源需求者的過(guò)程中獲取收益并避免風(fēng)險(xiǎn)。這是由于能源供應(yīng)者將綠色能源傳輸給能源需求者后不能再要回，而能源供應(yīng)者之后可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)載量增多、移動(dòng)用戶信道質(zhì)量變差等導(dǎo)致能源短缺的情況，能源在傳輸過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生損耗。因此，當(dāng)面對(duì)一個(gè)能量需求者提出一定量的綠色能源請(qǐng)求時(shí)，所有參與能量供應(yīng)的基站都會(huì)根據(jù)一定的策略決定各自提供的能源的量，以有價(jià)售出能源的方式，確保自身獲取最大的效益。每一個(gè)能源供應(yīng)者根據(jù)自身情況與其他能量供應(yīng)者可以提供能源量的情況做決定并且都以獲取最大收益為目標(biāo)，所有能源供應(yīng)者進(jìn)入到相互制約與平衡的關(guān)系中，共同決定了各個(gè)能源供應(yīng)者的最佳能源供應(yīng)量和能源售出的價(jià)格，以達(dá)到所有能源供應(yīng)者都能取得自己最大收益的目的。所有的能量供應(yīng)者對(duì)于綠色能源提供量以及出售價(jià)格的決定構(gòu)成了一個(gè)博弈過(guò)程。

對(duì)一個(gè)博弈過(guò)程的定義包含了三個(gè)要素，一定數(shù)量的決策參與者、參與者們?cè)谙嗷ブ萍s的情況下制定的決策以及決策帶來(lái)的收益或懲罰：

決策參與者，M＝0,1,...,m.{m∈Z⁺}；

參與者所做的決策，A₁,...,A_m；

決策所帶來(lái)的效益，f₁(a₁,...,a_m),...,f_m(a₁,...,a_m).

博弈過(guò)程記作，G＝{A₁,...,A_m；f₁,...,f_m}。綠色能源供應(yīng)基站BS_i作為博弈過(guò)程中的決策參與者，根據(jù)自身能源存儲(chǔ)量以及負(fù)載量情況以及其他能源供應(yīng)基站所決定的提供能源的量，制定自己提供能源量的最佳決策a_j^*，取得自身效益最大值f_j(a₁,...,a_j^*,...,a_m)。與基站BS_i類似，其他m-1個(gè)參與者均選擇能夠最大化自身效益的決策。對(duì)于任意參與綠色能源供應(yīng)的基站BS_i，如果滿足下式，

f_j(a₁^*,...,a_j^*,…,a_m^*)≥f_j(a₁^*,...,a_j,…,a_m^*)

則稱博弈達(dá)到了納什均衡。此時(shí)，所有參與者的最佳決策為每一個(gè)參與者帶來(lái)最大收益，也就是說(shuō)，任何一個(gè)參與者都不能夠僅靠改變自身策略就可以使自身效益變大。

本發(fā)明把參與能源供應(yīng)的基站之間對(duì)于綠色能源供應(yīng)量以及價(jià)格的決策過(guò)程建模為完全信息(對(duì)于每一個(gè)決策參與者來(lái)說(shuō)，其他參與者的歷史決策信息已知)寡頭壟斷博弈模型，通過(guò)對(duì)納什均衡解的求解，在最大化能源供應(yīng)者效益的基礎(chǔ)上，得到每次交易過(guò)程中各個(gè)能量供應(yīng)者提供的能源量以及能源協(xié)作總量。與非能源協(xié)作以及靜態(tài)協(xié)作方式相比，本發(fā)明設(shè)計(jì)的基于靜態(tài)博弈與動(dòng)態(tài)博弈的能源交易方式可以提高整個(gè)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的綠色能源協(xié)作量，從而提高綠色能源利用率。

本發(fā)明實(shí)施例提出的解決方案包括兩個(gè)步驟。首先，每個(gè)基站采用(s,S)存儲(chǔ)策略計(jì)算一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)的綠色能源的最佳存儲(chǔ)量；然后，多個(gè)有剩余綠色能源的基站與能源短缺的基站采用寡頭壟斷博弈(基于古諾模型和斯坦克爾伯格模型)進(jìn)行能源交易。

基站BS_i在時(shí)間t的綠色能源產(chǎn)生量為I。根據(jù)(s,S)存儲(chǔ)策略，當(dāng)I低于最低存儲(chǔ)值s時(shí)，則需要增加能源存儲(chǔ)到存儲(chǔ)量S。在每個(gè)時(shí)間周期內(nèi)進(jìn)行能源存儲(chǔ)值計(jì)算，當(dāng)能源需求量是一個(gè)隨時(shí)間變化地隨機(jī)變量時(shí)，s和S的值也相應(yīng)的隨時(shí)間而變，存儲(chǔ)策略記作(s(t),S(t))。蜂窩網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)基站執(zhí)行(s,S)存儲(chǔ)策略，求解與自身負(fù)載量相對(duì)應(yīng)的能源存儲(chǔ)量。

基站BS_i的數(shù)據(jù)包到達(dá)率為μ(μ≥0)，在時(shí)間段[t,t+τ]內(nèi)到達(dá)BS_i的數(shù)據(jù)包量k為服從參數(shù)為μ×τ的泊松分布的隨機(jī)變量。需要處理的數(shù)據(jù)包數(shù)量為離散值｛1,2,3,…,n}，每一個(gè)數(shù)據(jù)包需要一個(gè)單位的能源去處理，那么基站BS_i所需的能源量d與需要處理的負(fù)載量成正比，也是離散值｛d₁,d₂,d₃,…,d_n}。s和S從所需能源量的離散數(shù)值中取值，當(dāng)S等于d_a時(shí)，記作Sa，(0≤a≤n)。對(duì)于每一個(gè)基站在每一個(gè)存儲(chǔ)周期，能源存儲(chǔ)量為S的存儲(chǔ)費(fèi)用期望值為下式：

其中p(d)為能源需求d的概率分布，C_PUR為綠色能源單位支付費(fèi)用。將p(d)帶入到上面的式子得到每一個(gè)存儲(chǔ)量S對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)費(fèi)用期望值表達(dá)式：

當(dāng)S＝S_a＝d_a，得到下面的推導(dǎo)：

將記作F(S_a)，將記作F。那么，F(xiàn)的取值在0與1之間，也就是(0≤F≤1)。上面的式子重新表示如下，

ΔC(S_a)＝(F(S_a)-F)×(C_S+C_S)×ΔS_a

此處，(C_S+C_S)×ΔS_a≥0，并且F(S_a)隨a單調(diào)遞增。ΔC(S_a)值的正負(fù)取決于F(S_a)-F，也就是說(shuō)ΔC(S_a)也是單調(diào)遞增。

根據(jù)隨機(jī)變量k的分布函數(shù)，在時(shí)間段[t,t+τ]內(nèi)到達(dá)數(shù)據(jù)包數(shù)量為1和n的概率為p₁(τ)和p_n(τ)，兩個(gè)值都很小。記由于p₁(τ)的值非常小，那么F(S₁)＝p₁(τ)＜F。同理F(S_n-1)＝1-p_n(τ)＞F，也就是，p_n(τ)＜1-F。那么，我們就得到下面的式子：

ΔC(S₁)＝(F(S₁)-F)×(C_H+C_S)×ΔS₁

＝(p₁-F)(C_H+C_S)×ΔS₁＜0

ΔC(S_n-1)＝(F(S_n-1)-F)×(C_H+C_S)×ΔS_n-1

＝(1-p_n-F)(C_H+C_S)×ΔS_n-1＞0

我們已經(jīng)知道，ΔC(S_a)隨a單調(diào)遞增，而且其取值是從一個(gè)負(fù)值逐漸遞增為一個(gè)正值，相應(yīng)的，C(S_a)的值先增長(zhǎng)然后再減小。因此，存在一個(gè)值使得C(S_a)取到最小值。此處，a^*取值自{0,1,2,…,n}。S^*同時(shí)使下面兩個(gè)式子同時(shí)成立：

也就是，

也就是，

經(jīng)過(guò)上面的推導(dǎo)，使得存儲(chǔ)費(fèi)用期望值最小的最佳存儲(chǔ)量S*可以從下面的式子求解得到：

對(duì)于綠色能源存儲(chǔ)量最小值s的求解有以下分析，基站BS_i當(dāng)前的綠色能源存儲(chǔ)量I達(dá)到存儲(chǔ)值底線s時(shí)，不增加存儲(chǔ)量所帶來(lái)的存儲(chǔ)費(fèi)用期望值應(yīng)該小于將存儲(chǔ)量增加至S^*，通過(guò)公式表達(dá)，即下面的式子：

也就是，

當(dāng)s＝S*時(shí)，上式顯然成立，因此至少有一個(gè)最低存儲(chǔ)值s存在。由于需要存儲(chǔ)的綠色能源是免費(fèi)資源，因此初始費(fèi)用c_se和支付費(fèi)用C_PUR可以忽略。對(duì)應(yīng)到上面的式子中，也就是c_se＝0以及C_PUR＝0，此時(shí)可以得出，存儲(chǔ)值底線s等于最佳存儲(chǔ)量S^*。也就是說(shuō)，對(duì)于每一個(gè)基站，在每一個(gè)存儲(chǔ)周期，當(dāng)能源存儲(chǔ)量低于最佳存儲(chǔ)值S^*時(shí)，就需要增加能源存儲(chǔ)量到S^*。

經(jīng)過(guò)每一個(gè)基站最佳綠色能源存儲(chǔ)量的計(jì)算，具有綠色能源剩余量的基站就可以將自身剩余的綠色能源通過(guò)智能電網(wǎng)傳輸給能源短缺的基站。每一個(gè)參與提供綠色能源的基站需要根據(jù)自身以及其他參與綠色能源供應(yīng)的基站的情況制定將要提供能源量。所有提供綠色能源的基站在綠色能源提供量與價(jià)格的決策中構(gòu)成一個(gè)博弈過(guò)程。為了確保博弈過(guò)程具有納什均衡解，博弈過(guò)程需要滿足一定的條件，本發(fā)明實(shí)施例對(duì)博弈模型的設(shè)計(jì)也將以納什均衡解的存在為前提去完成。

根據(jù)博弈論理論，通過(guò)驗(yàn)證這個(gè)博弈過(guò)程是否滿足下面三個(gè)條件，判斷一個(gè)博弈過(guò)程是否存在納什均衡解：

(1)參與者個(gè)數(shù)n為有限值；

(2)策略集(參與者的行動(dòng)集){A_i,…}為有界閉凸集；

(3)收益函數(shù)(參與者行動(dòng)帶來(lái)的收益)是連續(xù)并且擬凹的。

前兩個(gè)條件容易滿足，為了在一個(gè)博弈過(guò)程中得到納什均衡解，最關(guān)鍵的就是設(shè)計(jì)收益函數(shù)，滿足連續(xù)擬凹的條件。本發(fā)明基于寡頭壟斷古諾模型和寡頭壟斷斯坦克爾伯格模型，嚴(yán)格按照納什均衡解存在的條件設(shè)計(jì)博弈模型，并且重點(diǎn)描述了收益函數(shù)的設(shè)計(jì)過(guò)程，保證了本發(fā)明設(shè)計(jì)的博弈模型具有納什均衡解。

寡頭壟斷古諾模型形式如下：首先，所有參與者同時(shí)采取行動(dòng)，為靜態(tài)博弈；然后，每個(gè)參與者根據(jù)所有參與者所采取的策略得到收益。在每一次博弈中，每個(gè)參與者知道其他參與者的博弈過(guò)程的歷史信息，并且每一個(gè)參與者的收益函數(shù)對(duì)于所有參與者來(lái)說(shuō)是公開的信息。博弈過(guò)程的設(shè)計(jì)需要考慮蜂窩網(wǎng)絡(luò)的特殊屬性，對(duì)于每一個(gè)參與綠色能源供應(yīng)的基站BS_i，提供綠色能源給綠色能源不足的基站，其收益函數(shù)為，

f_s(p_i)＝qp_i-C(p_i)

此處，p_i為基站BS_i決定提供的綠色能源量，q是提供能源的價(jià)格，C(p_i)為出售能源量p_i所產(chǎn)生的成本函數(shù)。出售能源的價(jià)格q取決于所有參與綠色能源供應(yīng)的基站提供的綠色能源總量，以及綠色能源不足的基站所需的能源量和自身負(fù)載、信道質(zhì)量等情況。所有參與綠色能源供應(yīng)的基站所能提供的綠色能源總量與能源價(jià)格準(zhǔn)確關(guān)系可以從能源需求者的收益函數(shù)中推導(dǎo)出來(lái)，本發(fā)明設(shè)計(jì)了能源需求節(jié)點(diǎn)的收益函數(shù)，

此處，為能源需求者的能源效率，定義為能源需求基站的數(shù)據(jù)率與用于傳輸數(shù)據(jù)所需功率的比值。當(dāng)基站BS_i中用戶數(shù)為Z時(shí)，能量效率表達(dá)式如下，

能源需求節(jié)點(diǎn)的收益函數(shù)f_d(p)為二次擬凹函數(shù)，存在最大值。能量需求節(jié)點(diǎn)收益函數(shù)的最大值，將收益函數(shù)f_d(p)對(duì)功率p的一階導(dǎo)數(shù)取值為零，

得到能量需求節(jié)點(diǎn)收益函數(shù)的最大值，并且得到了獲取能源的價(jià)格與能源量的關(guān)系，

將能源需求者的能源效率表達(dá)式帶入上式中，可以得到能量供應(yīng)節(jié)點(diǎn)所提供的能源量量與能源價(jià)格的關(guān)系，

要獲得能源供應(yīng)基站者收益函數(shù)f_s(p_i)＝qp_i-C(p_i)準(zhǔn)確的表達(dá)式，還需要根據(jù)混合能源供電蜂窩網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)綠色能源供應(yīng)基站出售能源量p_i所產(chǎn)生的成本函數(shù)C(p_i)。由于蜂窩網(wǎng)絡(luò)中每一個(gè)基站所需處理的負(fù)載是隨時(shí)間而變的，移動(dòng)用戶的信道質(zhì)量也是一直在變，對(duì)于能源的需求也不斷變化，每一個(gè)有剩余綠色能源的基站將自己的剩余能源傳輸給有能源短缺的節(jié)點(diǎn)后自身可能面臨由于負(fù)載量增多或用戶信道質(zhì)量變差等而導(dǎo)致的能源不足的狀況，因而每一個(gè)提供綠色能源的基站都要承擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)出售能源對(duì)于能源供應(yīng)基站產(chǎn)生的影響，成本函數(shù)C(p_i)如下，

此處，D_i為基站BS_i的負(fù)載量；P_i^req為所需能源量；D_i為存儲(chǔ)在基站BS_i的綠色能源量；k_i^(s)為基站BS_i的能源利用率，表示為w為成本函數(shù)的權(quán)值，w值越大表示基站BS_i距離能源需求基站的距離越遠(yuǎn)，這意味著越長(zhǎng)距離的電能傳輸帶來(lái)的能量損耗越大。將成本函數(shù)C(p_i)帶入到能源供應(yīng)者收益函數(shù)f_s(p_i)＝qp_i-C(p_i)中，得到能源供應(yīng)基站的收益函數(shù)

本發(fā)明設(shè)計(jì)的寡頭壟斷古諾模型，博弈過(guò)程如下：每一個(gè)能量供應(yīng)節(jié)點(diǎn)供應(yīng)相同價(jià)格和質(zhì)量的能源，供應(yīng)能源的價(jià)格隨需求量而變。每一個(gè)能源供應(yīng)者制定能源供應(yīng)量采取的行動(dòng)基于自私自利與不合作的原則，所有能源供應(yīng)者節(jié)點(diǎn)之間的博弈過(guò)程就是各自決定能源供應(yīng)量。每一個(gè)能源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)其他參與能源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)博弈過(guò)程中提供能源量的歷史數(shù)據(jù)，以獲取最大收益為目標(biāo)，決定自己的最佳出售量。所有供應(yīng)者同時(shí)給出各自提供能源量，并且根據(jù)所有參與者所做的決定得到自己的收益。經(jīng)過(guò)多次博弈過(guò)程，所有能源供者進(jìn)入到平穩(wěn)狀態(tài)，每一個(gè)能源供應(yīng)者得到提供能源量的穩(wěn)定值，并且在這一穩(wěn)定狀態(tài)下，所有能源供應(yīng)者都獲取了最佳收益，也就是最終達(dá)到了納什均衡。

具體地，基于寡頭壟斷古諾模型算法流程如下：

(1)確定參與提供綠色能源的基站數(shù)量為M:for i＝1:M

(2)確定基站BS_i的收益函數(shù)：

(3)求解收益函數(shù)取值最大時(shí)的p_i：

(4)通過(guò)將p_j的歷史數(shù)據(jù)帶入到第(3)步，得到基站BS_i所提供的能源量p_i。

由此可得，M個(gè)綠色能源供應(yīng)基站提供的綠色能源量分別為：{p₁,p₂,…,p_M}；提供綠色能源的價(jià)格：

基于寡頭壟斷斯坦克爾伯格模型，是一種完全信息動(dòng)態(tài)博弈。每一個(gè)綠色能源供應(yīng)基站與需求基站的收益函數(shù)，以及無(wú)線信道模型與寡頭壟斷古諾模型是一樣的，不同之處在于博弈過(guò)程：在寡頭壟斷斯坦克爾伯格模型中，一部分綠色能源供應(yīng)基站先制定所提供能源量的策略，另外一部分綠色能源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)根據(jù)先采取行動(dòng)的節(jié)點(diǎn)所采取的策略后制定行動(dòng)策略。與同時(shí)做出決定的寡頭壟斷古諾模型相比，寡頭壟斷斯坦克爾伯格模型體現(xiàn)了先動(dòng)優(yōu)勢(shì)。

具體地，基于寡頭壟斷斯坦克爾伯格模型算法流程如下：

(1)確定參與提供綠色能源的基站數(shù)量為m+n，其中，先采取行動(dòng)的基站數(shù)量為m，后采取行動(dòng)的基站數(shù)為n:forx＝1:m i＝1:n

(2)求解后采取行動(dòng)的能源供應(yīng)基站售出的能源量p_i：

每一個(gè)先采取行動(dòng)的能源供應(yīng)基站決定提供的綠色能源量B_x已知，那么所有先采取行動(dòng)的基站提供的綠色能源總量為后采取行動(dòng)的基站數(shù)為n，后采取行動(dòng)的基站BS_i收益函數(shù)：

后采取行動(dòng)的基站BS_i收益函數(shù)取值最大時(shí)售出能源量p_i：通過(guò)將p_j的歷史數(shù)據(jù)帶入，得到p_i。

(3)求解先采取行動(dòng)的能源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)提供的能源量B_x。

將第一步中n個(gè)后采取行動(dòng)的能源供應(yīng)者提供的能源量相加得到所有后采取行動(dòng)的基站提供的能源量總值：先采取行動(dòng)的能源供應(yīng)基站的收益函數(shù)為：

收益函數(shù)取值最大時(shí)后采取行動(dòng)的能源供應(yīng)基站提供的能源量B_x：

(4)將B_x帶入到第(2)步的p_i中，得到先采取行動(dòng)的m個(gè)能源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)提供的能源量p_i。

m個(gè)先采取行動(dòng)的綠色能源供應(yīng)基站與n個(gè)先采取行動(dòng)的綠色能源供應(yīng)基站提供的綠色能源量分別為：{B₁,B₂,…,B_m,p₁,p₂,…,p_n}；

得到提供綠色能源的價(jià)格：

為方便與本發(fā)明設(shè)計(jì)的寡頭壟斷博弈模型進(jìn)行比較，本發(fā)明實(shí)施例使用下述的綠色能源靜態(tài)協(xié)作模型作為對(duì)比：

(1)基站BS_i的收益函數(shù)：

每一個(gè)提供綠色能源的基站采用相同的策略，提供的能源供應(yīng)量相同，收益函數(shù)為，

(2)求解收益函數(shù)取值最大時(shí)的p_i：得到每個(gè)綠色能源供應(yīng)基站售出的能源量p_i。

當(dāng)一個(gè)能源量不足的基站提出一定量的能源需求時(shí)，所有參與能源供應(yīng)的基站進(jìn)入博弈過(guò)程并給出合適的綠色能源供應(yīng)量。如果所有每個(gè)能源供應(yīng)者提供的能源量值在經(jīng)過(guò)連續(xù)三次博弈之后保持不變，就表示此次博弈過(guò)程得到均衡解。一次能源交易的博弈過(guò)程分為以下步驟：

(1)一個(gè)能源不足的基站提出購(gòu)買能源的請(qǐng)求，并將這個(gè)信息發(fā)送給能源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)；

(2)作為綠色能源供應(yīng)者的基站收到能源需求的請(qǐng)求，進(jìn)入決定狀態(tài)，與所有能源供應(yīng)基站通過(guò)博弈過(guò)程決定要提供的能源量與價(jià)格；

(3)在所有綠色能源供應(yīng)基站博弈過(guò)程達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，也就是博弈過(guò)程獲得納什均衡解時(shí)，停止博弈；

(4)每一個(gè)綠色能源供應(yīng)基站根據(jù)博弈過(guò)程決定的提供的綠色能源量，將綠色能源傳輸給能量需求基站；

(5)能源需求基站收到能源供應(yīng)節(jié)點(diǎn)提供的綠色能源。一次能源交易結(jié)束。

實(shí)驗(yàn)證明了本發(fā)明實(shí)施例所提供的能源協(xié)作方案能夠有效提升混合能源供電的蜂窩網(wǎng)絡(luò)中綠色能源交易量與蜂窩網(wǎng)絡(luò)綠色能源利用率。

在本發(fā)明實(shí)施例中，基站采用916MHz的ISM頻帶，數(shù)據(jù)率為40kbits/s，基站BS_i在一個(gè)時(shí)間段周期[t,t+τ]到達(dá)的數(shù)據(jù)量期望值取值為5,10,20，表示基站負(fù)載量大小變化多種情況。當(dāng)存儲(chǔ)費(fèi)用比缺貨費(fèi)用少時(shí)，單位存儲(chǔ)費(fèi)用設(shè)為C_H＝1，單位缺貨費(fèi)C_S＝4，現(xiàn)存能源I為兩個(gè)單位能源。相應(yīng)地，可以設(shè)置單位存儲(chǔ)費(fèi)用的值大于缺貨費(fèi)的值來(lái)表征存儲(chǔ)費(fèi)用較高的情況。基站BS_i提供給用戶z數(shù)據(jù)率的閾值設(shè)為，r_z＝40kbits，帶寬b_i＝10MHz，加性高斯白噪聲功率譜密度N₀＝-50dBm，成本函數(shù)權(quán)值w＝0.5也就是說(shuō)在綠色能源傳輸過(guò)程中能源損耗50％，D_i＝15，P_i^req/S_i＝120W/160W。將這些參數(shù)帶入到本發(fā)明設(shè)計(jì)的寡頭壟斷古諾模型和寡頭壟斷斯坦克爾伯格模型中，并且以前述的靜態(tài)能源協(xié)作方法作為對(duì)比。

在寡頭壟斷古諾模型中，參與綠色能源供應(yīng)基站數(shù)目為4個(gè)的情況進(jìn)行數(shù)值仿真，所提供的能源量歷史值分別為，29.5W,21.6W,24.7W,23.4W。圖3示出的是基于寡頭壟斷古諾模型的博弈過(guò)程折線圖，在寡頭壟斷古諾博弈過(guò)程中，如圖3所示，經(jīng)過(guò)五次博弈后，四個(gè)提供綠色能源供應(yīng)者取得均衡解，提供的能源量在第六次博弈開始保持穩(wěn)定值。

基于寡頭壟斷斯坦克爾伯格模型中，對(duì)有六個(gè)基站參與綠色能源供應(yīng)的情況進(jìn)行數(shù)值仿真，其中三個(gè)基站先采取行動(dòng)制定策略，三個(gè)基站后采取得力，基站提供綠色能源的歷史值分別為29.5W,21.6W,24.7W,23.4W,20.4W,26.4W。圖4示出的是基于寡頭壟斷斯坦克爾伯格模型的博弈過(guò)程折線圖，在寡頭壟斷斯坦克爾伯格博弈過(guò)程中，如圖4所示，六個(gè)能源供應(yīng)者經(jīng)過(guò)五次博弈后，三個(gè)先動(dòng)者達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，三個(gè)后動(dòng)者達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值，從第六次博弈開始，能源供應(yīng)者提供的能源量保持穩(wěn)定，取得均衡解。

同時(shí)，本發(fā)明對(duì)有十個(gè)基站參與綠色能源供應(yīng)的情況進(jìn)行數(shù)值仿真。圖5示出的是不同能源協(xié)作模型能源交易總量對(duì)比圖，如圖5所示，采用本發(fā)明所設(shè)計(jì)的基于寡頭壟斷古諾博弈與斯坦克爾伯格博弈能源交易模型，相比于靜態(tài)能源協(xié)作模型能夠大幅提升綠色能源交易量，有效提升了混合能源供電的蜂窩網(wǎng)絡(luò)的綠色能源利用率。本發(fā)明設(shè)計(jì)的兩種博弈模型中，采用基于寡頭壟斷斯坦克爾伯格博弈所產(chǎn)生的綠色能源交易量高于古諾博弈，這說(shuō)明動(dòng)態(tài)博弈性能優(yōu)于靜態(tài)博弈?；诠杨^壟斷斯坦克爾伯格博弈在兩種情況下，能源交易總量亦有所不同：其中，寡頭壟斷斯坦克爾伯格博弈1為先采取行動(dòng)的能源供應(yīng)者數(shù)量m＝1，后行動(dòng)的能源供應(yīng)者數(shù)量n從1上升到9；寡頭壟斷斯坦克爾伯格博弈2為后采取行動(dòng)的能源供應(yīng)者數(shù)量n＝1，先行動(dòng)的能源供應(yīng)者數(shù)量m從1上升到9。

參與能源供應(yīng)的基站數(shù)量相同的情況下，寡頭壟斷斯坦克爾伯格博弈2，也就是先采取行動(dòng)的能量供應(yīng)者數(shù)量多于后采取行動(dòng)的能源供應(yīng)者時(shí)，綠色能源交易總量最高，這反映了斯坦克爾伯格博弈模型的先動(dòng)優(yōu)勢(shì)。

綜上所述，借助于本發(fā)明的上述技術(shù)方案，通過(guò)使用持續(xù)從環(huán)境中收集綠色能源并存儲(chǔ)于各基站本地，根據(jù)各基站的綠色能源存儲(chǔ)費(fèi)用與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包到達(dá)率，計(jì)算出各基站的本地能源最佳存儲(chǔ)量，根據(jù)各基站的本地存儲(chǔ)量與本地能源最佳存儲(chǔ)量，將各基站分類為能源供應(yīng)基站與能源需求基站，能源供應(yīng)基站之間進(jìn)行博弈，并將能源供應(yīng)基站的多余能源交易給能源需求基站的技術(shù)手段，能夠使基站在保證自身對(duì)能源的需求的前提下將自身一部分能源協(xié)作傳輸給綠色能源供應(yīng)不足的基站，使得參與協(xié)作使用的綠色能源量達(dá)到最大。

所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。