[发明专利]一种多运营商无线供能物联网资源优化方法

说明书

本发明提供了一种多运营商无线供能物联网资源优化方法，首先，将运营商与无线供能装置分别建模为主导者和跟随者，通过建立其收益模型，构建基于Stackelberg博弈的供能功率、供能激励、缓存、服务激励联合映射模型；然后利用回溯法先对跟随者收益模型采用约束近似进行求解，依据优化结果对主导者收益模型进行化简和重构，进而确定迭代框架、迭代子问题和优化策略；最终经过交替迭代，得到资源映射结果。本发明主要解决多运营商物联网场景下资源利用率低、收益目标难以协调、虚拟化联合映射复杂度高等问题，能有效提高运营商收益，适用于多运营商无线供能物联网。

技术领域

本发明属于无线通信网络与物联网技术领域，尤其涉及一种多运营商无线供能物联网资源优化方法。

背景技术

物联网的典型应用之一是环境监测，即通过在监测区域布置大量传感节点，实时收集并按用户要求回传数据。随着物联网监测业务的迅猛发展，单位监测面积上的传感节点数量不断增加，带来了巨大的网络建设成本和节点供能问题。

针对网络建设成本问题，多运营商之间的基础设施共享共建，是未来的发展方向，而网络虚拟化是实现共享的关键技术。运营商通过网络虚拟化将自己的网络资源向其他运营商开放和共享，可以从整体上提升网络资源利用率，避免重复建设。

同时，近年来，无线供能物联网被视为是解决节点供能问题的有效方案。通过在网络中部署若干无线供能装置，利用电磁波向节点传输能量，可以极大地提升节点能量效率，降低供能成本。

无线供能物联网的多运营商场景，将无线物联网和多运营商共享结合，能够发挥两者优势，综合解决节点供能和网络建设成本问题，因此受到业界广泛关注。然而，不同于单运营商场景，由于多运营商、无线供能装置分属于不同的利益主体，因此在进行网络资源虚拟化映射的同时，需要为各方提供相应的激励，才能确保节点共享和能量传输的实现。针对该问题，已有学者进行了研究，代表性的工作如文献[J.Yao and N.Ansari.Caching inEnergy Harvesting Aided Internet of Things:A Game-Theoretic Approach.IEEEInternet of Things Journal,2019,6(2),3194-3201]提出了一种基于博弈论的无线供能物联网资源分配和激励联合优化方法，实现了对无线供能装置和运营商之间的收益协调以及无线传输、缓存资源的有效分配。然而，该方法只考虑了单个运营商的情况，无法解决多运营商场景下的激励问题。

针对多运营商物联网的共享激励问题，现有方法主要采用博弈模型，代表性的工作如文献[D.Rawat,A.Alshaikhi,A.Alshammari,et al.Payoff Optimization ThroughWireless Network Virtualization for IoT Applications:A Three Layer GameApproach.IEEE Internet of Things Journal,2019,6(2)]提出了一种三层博弈模型，通过利用均衡点协调多个收益目标函数，实现了网络资源和激励的有效供给。然而，该方法没有涉及无线供能装置的激励以及接入网关缓存资源的映射问题，无法解决多运营商无线供能物联网的资源分配和激励问题。

发明内容

发明目的：针对现有方案无法有效解决无线供能物联网在多运营商场景下的资源映射和激励联合优化问题，本发明提出了一种多运营商无线供能物联网资源优化方法，该方法基于Stackelberg博弈，利用模型近似和分解推导出优化框架和子问题的低复杂度求解算法，从而能高效求解博弈均衡点，为博弈各方提供激励，解决多运营商物联网资源利用率低、收益目标难以协调、虚拟化联合映射复杂度高等问题。

技术方案：本发明采用如下技术方案：

一种多运营商无线供能物联网资源优化方法，包括以下步骤：