面向光伏大带宽业务差异化接入的资源分配方法及系统与流程

本发明涉及光伏现场网络资源分配，尤其涉及一种面向光伏大带宽业务差异化接入的资源分配方法及系统。

背景技术：

1、光伏发电作为一种清洁电力，不仅可以促进节能减排，还可以就地消纳，具有多种推广优势。为了保证光伏发电的安全可靠，需要部署统一安全的监管平台，对光伏区域进行实时监控。将视频资源应用于光伏领域的实时监控，可以快速解决和处理各种突发事件，对保护光伏地区发挥着重要作用。具体为，监控设备位于光伏区集中器/融合终端台区，实时将光伏现场的画面以视频流形式发送给供应商下设的云服务器，云服务器接收到实时视频后进行安全处理，并将视频流发送给电网公司下属的图像处理中心；根据接收到的视频质量及视频内容，电网公司向云服务器支付报酬，云服务器抽取一定比例的佣金后将剩余报酬交付给监控设备用户存在视频需求方电网公司。在整个视频流传输交易过程中，电网公司通过向监控设备所属的用户提供报酬来获得光伏现场的实时画面，有效地实现对光伏现场的监视。云服务器所属的供应商主要起到提供频谱带宽、传输功率的作用。

2、视频作为信息传输的重要媒介，广泛应用于各行各业，应用规模十分庞大。视频传输严重依赖带宽和传输功率等网络资源，因此会造成网络资源稀缺的问题。因此，需要最大限度地利用网络资源进行光伏现场的高质量视频传输。

3、目前，光伏场景的视频传输功率通常是根据场景配置预设的优先级进行分配的，然而，同一场景下不同时间、不同状况的视频的重要性有所差异且难以预计。例如，光伏现场设备出现故障、人为破坏等，相比于日常场景，这类重要场景传输回来的视频切实关系到电网和云服务器的利益，因此对于这类重要场景供应商需要实时分配更多的网络资源如发送功率来提高视频质量，现有技术不能够实现光伏现场视频的动态资源分配，且对于网络资源的定价仍处于一个静态定价的阶段，没有真正做到网络资源定价的实时浮动，且网络资源的平均分配难以实现最大限度地利用网络资源进行光伏现场的高质量视频传输。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种面向光伏大带宽业务差异化接入的资源分配方法及系统，通过求解stackelberg博弈动态调整最优交易功率和最优交易价格，使参与交易的电网、云服务器和监控设备都获得最大效用，提高网络资源的有效利用度。

2、本发明实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种面向光伏大带宽业务差异化接入的资源分配方法，包括：

4、步骤s1，将电网和云服务器分别视为stackelberg博弈中的领导者和追随者，云服务器向电网进行视频传输，电网获得视频后给予服务器佣金费用；以云服务器和电网的效用约束为策略，分别对电网、云服务器设计效用函数，建立stackelberg博弈模型；其中，云服务器和监控设备视为具有共同的目标和利益关系的整体，电网与云服务器交互，监控设备的效用包含于云服务器的效用函数中；

5、步骤s2，根据步骤s1建立的stackelberg博弈模型，推导并证明stackelberg均衡的存在；

6、步骤s3，求解stackelberg博弈模型，根据求解值得到传输功率最优值及单价最优值。

7、较优地，步骤s1的stackelberg博弈模型中：

8、电网作为领导者，对于每个视频帧i，电网的效用函数表示为：

9、

10、式中，i∈[1,i]，i是视频帧总数，a表示单位视频质量的收入系数，di表示视频帧i的失真减少，ei表示视频帧i的误比特率，li表示视频帧i的比特长，ai表示视频帧i的辅助参考帧的集合，ek表示参考视频帧k的误比特率，lk表示参考视频帧k的比特长，λi表示云服务器向电网传输视频的视频帧i的传输单价，pi表示云服务器向电网传输视频的视频帧i的传输功率，b表示视频传输带宽，n0表示噪声功率密度；其中，误比特率ei的计算公式为：

11、

12、式中，rs表示符号速率，erfc()表示误差函数；

13、stackelberg博弈模型中，电网的效用最大化目标函数为：

14、

15、s.t.(a)p≥0

16、式中，约束(a)表示云服务器向电网传输视频的视频帧i的传输功率不小于零；根据电网的效用最大化目标函数得到最优传输功率作为云服务器计算效用的传输功率；

17、云服务器作为追随者，对于每个视频帧i，云服务器的效用函数可以表示为：

18、

19、式中，ci表示云服务器向电网传输视频的损耗系数；

20、stackelberg博弈模型中，云服务器的效用最大化目标函数为：

21、

22、s.t.(a)λ>0

23、式中，约束(a)表示云服务器向电网传输视频的视频帧i的传输单价不小于零；根据云服务器的效用最大化目标函数得到最优价格解作为是下一轮循环中电网计算效用的传输单价。

24、较优地，步骤s2中证明stackelberg均衡存在的步骤包括：

25、步骤s21，证明电网效用函数的凹凸性：

26、设置b＝1.5*1e7，n0＝4*1e-11，a＝5，rs＝900，λ＝70000，以p为自变量，使用python平台进行电网效用函数进行计算并进一步得到电网效用曲线图，通过分析电网效用曲线图得知，发送功率p存在极点与极大值，因此电网效用函数为凹函数，存在最优解；

27、步骤s22，证明云服务器效用函数的凹凸性：对云服务器效用函数两边进行求导，得到：

28、

29、令等于0，得到：

30、

31、根据云服务器的效用最大化目标函数，p>0，且根据实际，视频帧长度必定为一个正数，l>0，得到极点λi：

32、

33、将极点λi的表达式代入云服务器的效用函数中，得到极点的极大值πservermax：

34、

35、当且仅当时，云服务器的效用最大化目标函数取到极大值因此云服务器的效用函数是凹函数；

36、因此，stackelberg均衡存在。

37、较优地，步骤s3中求解stackelberg博弈模型的步骤包括：

38、步骤s31，初始化stackelberg博弈模型的p0、λ0、q，令q＝1；其中，q为最大循环次数；

39、步骤s32，开始q次循环：stackelberg博弈领导者电网解决问题p1，代入进行计算，得出并广播给云服务器；云服务器作为stackelberg博弈的追随者解决问题p2，代入进行计算，得出并将发还给电网；更新q＝q+1，进行stackelberg博弈模型的q+1次循环计算；

40、步骤s33，当q＞q时，循环结束，所得的作为最终的纳什均衡解。

41、进一步地，本发明还提供一种面向光伏大带宽业务差异化接入的资源分配系统，包括：

42、模型建立模块，将电网和云服务器分别视为stackelberg博弈中的领导者和追随者，云服务器向电网进行视频传输，电网获得视频后给予服务器佣金费用；以云服务器和电网的效用约束为策略，分别对电网、云服务器设计效用函数，建立stackelberg博弈模型；其中，云服务器和监控设备视为具有共同的目标和利益关系的整体，电网与云服务器交互，监控设备的效用包含于云服务器的效用函数中；

43、推导证明模块，根据stackelberg博弈模型，推导并证明stackelberg均衡的存在；

44、计算模块，求解stackelberg博弈模型，根据求解值得到传输功率最优值及单价最优值。

45、较优地，stackelberg博弈模型中：

46、电网作为领导者，对于每个视频帧i，电网的效用函数表示为：

47、

48、式中，i∈[1,i]，i是视频帧总数，a表示单位视频质量的收入系数，di表示视频帧i的失真减少，ei表示视频帧i的误比特率，li表示视频帧i的比特长，ai表示视频帧i的辅助参考帧的集合，ek表示参考视频帧k的误比特率，lk表示参考视频帧k的比特长，λi表示云服务器向电网传输视频的视频帧i的传输单价，pi表示云服务器向电网传输视频的视频帧i的传输功率，b表示视频传输带宽，n0表示噪声功率密度；其中，误比特率ei的计算公式为：

49、

50、式中，rs表示符号速率，erfc()表示误差函数；

51、stackelberg博弈模型中，电网的效用最大化目标函数为：

52、

53、s.t.(a)p≥0

54、式中，约束(a)表示云服务器向电网传输视频的视频帧i的传输功率不小于零；根据电网的效用最大化目标函数得到最优传输功率作为云服务器计算效用的传输功率；

55、云服务器作为追随者，对于每个视频帧i，云服务器的效用函数可以表示为：

56、

57、式中，ci表示云服务器向电网传输视频的损耗系数；

58、stackelberg博弈模型中，云服务器的效用最大化目标函数为：

59、

60、s.t.(a)λ>0

61、式中，约束(a)表示云服务器向电网传输视频的视频帧i的传输单价不小于零；根据云服务器的效用最大化目标函数得到最优价格解作为是下一轮循环中电网计算效用的传输单价。

62、较优地，推导证明模块用于：

63、证明电网效用函数的凹凸性；

64、设置b＝1.5*1e7，n0＝4*1e-11，a＝5，rs＝900，λ＝70000，以p为自变量，使用python平台进行电网效用函数进行计算并进一步得到电网效用曲线图，通过分析电网效用曲线图得知，发送功率p存在极点与极大值，因此电网效用函数为凹函数，存在最优解；

65、还用于证明云服务器效用函数的凹凸性：对云服务器效用函数两边进行求导，得到：

66、

67、令等于0，得到：

68、

69、根据云服务器的效用最大化目标函数，p>0，且根据实际，视频帧长度必定为一个正数，l>0，得到极点λi：

70、

71、将极点λi的表达式代入云服务器的效用函数中，得到极点的极大值πservermax：

72、

73、当且仅当时，云服务器的效用最大化目标函数取到极大值因此云服务器的效用函数是凹函数；

74、因此，stackelberg均衡存在。

75、较优地，计算模块用于：

76、初始化stackelberg博弈模型的p0、λ0、q，令q＝1；其中，q为最大循环次数；

77、开始q次循环：stackelberg博弈领导者电网解决问题p1，代入进行计算，得出并广播给云服务器；云服务器作为stackelberg博弈的追随者解决问题p2，代入进行计算，得出并将发还给电网；更新q＝q+1，进行stackelberg博弈模型的q+1次循环计算；

78、当q＞q时，循环结束，所得的作为最终纳什均衡解。

79、由上述技术方案可知，本发明实施例提供的面向光伏大带宽业务差异化接入的资源分配方法及系统，首先将电网和云服务器分别视为stackelberg博弈中的领导者和追随者，云服务器向电网进行视频传输，电网获得视频后给予服务器佣金费用；以云服务器和电网的效用约束为策略，分别对电网、云服务器设计效用函数，建立stackelberg博弈模型；其中，云服务器和监控设备视为具有共同的目标和利益关系的整体，电网与云服务器交互，监控设备的效用包含于云服务器的效用函数中；根据stackelberg博弈模型，推导并证明stackelberg均衡的存在；求解stackelberg博弈模型，根据求解值得到传输功率最优值及单价最优值。本发明的方案建立三者之间的博弈模型，电网按照不同视频压缩模式对应的视频质量给予定价，对于高质量视频给予更高的奖励，然后通过求解stackelberg博弈动态调整最优交易功率和最优交易价格，使参与交易的电网、云服务器和监控设备都获得最大效用，提高网络资源的有效利用度。