[發明專利]一種適用于移動邊緣計算場景的資源分配方法

有效

• 申請號: 201710600370.2
• 申請日: 2017-07-21
• 公開（公告）號: CN107708135B
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 崔穎;郭成軍;劉志;何雯;倪純
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 翁惠瑜

1.一種適用于移動邊緣計算場景的資源分配方法，其特征在于，該方法基于任務緩存和傳輸優化機制實現最優任務緩存和上傳下載時間的資源分配或低復雜度次優任務緩存和上傳下載時間的資源分配；

所述任務緩存和傳輸優化機制為：

當移動設備待執行的任務的計算結果已被基站緩存時，移動設備從基站端下載該任務的計算結果，當移動設備待執行的任務的計算結果未被基站緩存時，移動設備將該任務上傳至基站進行計算，然后從基站下載該任務的計算結果，其中，當多個移動設備上傳同一任務至基站時，基站選擇信道最好的移動設備實現上傳，當多個移動設備下載同一任務的計算結果時，基站用多播的方式發送一次該任務的計算結果，并使得信道最差的移動設備恰好成功接收所述計算結果；

基于任務緩存和傳輸優化機制實現最優任務緩存和上傳下載時間的資源分配具體為：構建時延保障下的系統平均總能耗最小化問題，求解獲得最優分配方案；

所述最優任務緩存和上傳下載時間的資源分配包括以下步驟：

A1)構建時延保障下的系統平均總能耗最小化問題：

其中，E(c,T_u(X,H),T_d(X,H),X,H)為系統總能量消耗，c_n表示任務n的計算結果在基站的緩存情況，c_n＝1表示任務n的計算結果在基站被緩存，c_n＝0表示任務n的計算結果未被基站緩存，表示系統中任務的集合，X表示隨機的系統任務狀態，H表示隨機的系統信道狀態，T_u(X,H)和T_d(X,H)分別代表系統狀態(X,H)下的各任務上傳時間向量T_u和各任務下載時間向量T_d，L_d,n為任務n計算結果的大小，L_d,n0，C為基站緩存容量，t_u,n為任務n的上傳時間，t_d,n為任務n的下載時間，T為上傳下載的總時間限制；

A2)構建拉格朗日松弛問題：

其中，L(c,T_u,T_d,λ)為時延保障下的系統平均總能耗最小化問題的拉格朗日函數，λ為拉格朗日因子；

A3)構建時延保障下的系統平均總能耗最小化問題的對偶問題：

A4)迭代求解所述對偶問題，獲得最優分配方案；

基于任務緩存和傳輸優化機制實現低復雜度次優任務緩存和上傳下載時間的資源分配具體為：

假定基站不緩存所有待執行任務的結果，得到上傳下載時間分配的最優解后重新優化任務緩存分配，在得到一近似任務緩存方案后，根據該近似任務緩存方案重新優化上傳下載時間分配方案；

所述低復雜度次優任務緩存和上傳下載時間的資源分配包括以下步驟：

B1)假設基站緩存容量C＝0，在每個系統狀態下構建如下時間分配問題：

其中，E_n(0,t_u,n,t_d,n,X,H)表示對于任務n的系統能量消耗，t_u,n為將任務n上傳到基站的上傳時間，t_d,n為基站發送任務n的計算結果的下載時間，X表示隨機的系統任務狀態，H表示隨機的系統信道狀態，表示系統中任務的集合，T為上傳下載的總時間限制；

B2)求解所述時間分配問題，根據以下兩個公式，利用二分法得到滿足的拉格朗日因子

其中，f(X,H,L_u,n,H_u,n,λ)由下式定義：

其中，p(X,H)表示系統狀態(X,H)出現的概率，W(·)是朗伯函數，K_n(X)為具有待執行任務n的移動設備的總數，B為帶寬，n₀為高斯白噪聲的方差；

進而確定上傳下載時間分配的最優解和

B3)重新考慮基站緩存，即令C≠0，用貪心算法求得近似任務緩存方案，即求解如下背包問題的近似解

其中，c_n表示任務n的計算結果在基站的緩存情況，c_n＝1表示任務n的計算結果在基站被緩存，c_n＝0表示任務n的計算結果未被基站緩存，L_d,n為任務n計算結果的大小，L_d,n0，e_1,n(X,H,λ)由下式定義：

e_1,n(X,H,λ)＝p(X,H)(E_u,n(f(X,H,L_u,n,H_u,n,λ),X,H)+E_e,n(X))+λf(X,H,L_u,n,H_u,n,λ)；

B4)基于所述近似任務緩存方案，利用以下公式獲得每個系統狀態下、近似任務緩存方案下的最優上傳下載時間分配方案和