[發(fā)明專利]一種面向移動邊緣計算超密集網(wǎng)絡的遷移決策與資源優(yōu)化分配方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811087277.7
• 申請日: 2018-09-18
• 公開（公告）號: CN109151864B
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發(fā)明（設計）人: 劉康;湯瑋;劉璐;劉旭;石際;袁漢云;李赟
• 申請（專利權）人: 貴州電網(wǎng)有限責任公司
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W52/26;H04W72/08
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權代理有限公司 11275
• 代理人: 王海權

1.一種面向移動邊緣計算超密集網(wǎng)絡的遷移決策與資源優(yōu)化分配方法，其特征在于：所述移動邊緣計算超密集網(wǎng)絡在M個相鄰的蜂窩小區(qū)附近部署一臺邊緣云服務器(ECS)，所述邊緣云服務器能提供的業(yè)務計算能力為F_s，并內(nèi)置一個決策單元，所述決策單元收集終端相關信息、可用通信資源信息和可用計算資源信息，根據(jù)終端請求執(zhí)行任務遷移決策與資源優(yōu)化配置，在蜂窩小區(qū)m∈M的中心部署一臺基站b_m,m∈M，所述基站通過有線鏈路連接到所述邊緣云服務器，與邊緣云服務器連接的所有基站M擁有相同頻譜B₀，基站b_m,m∈M將頻譜B₀等分為帶寬為B的K個信道，N個終端通過無線鏈路與所在蜂窩小區(qū)基站連接，所述終端采用正交頻分多址(OFDMA)接入所在蜂窩小區(qū)基站，將所述終端劃分為計算請求終端集N₁和通信請求終端集N₂，所述計算請求終端集N₁中的終端n∈N₁的計算能力和電池容量有限，其計算密集型任務或時延敏感型任務必須經(jīng)由所在蜂窩小區(qū)基站b_m,m∈M和有線鏈路遷移到所述邊緣云服務器中處理；所述通信請求終端集N₂中的終端n∈N₂的通信任務有最小通信速率要求，由所在蜂窩小區(qū)基站b_m,m∈M分配信道和功率，但不涉及任務遷移；

該方法包括以下步驟：

步驟1、任務遷移決策與資源配置優(yōu)化模型建立：

以計算請求終端集N₁中所有終端的任務遷移成本和最小為目標，建立任務遷移決策與資源配置優(yōu)化模型：

s.t.C1:

C2:

C3:

C4:0＜p_n≤p_max,n∈N

C5:

C6:

C7:

其中，為目標函數(shù)，a_n＝(0,1],n∈N₁為計算請求終端n的權重，為計算請求終端n的任務遷移成本，γ_t,γ_e∈[0,1]分別為計算請求終端n對任務遷移處理時延和能耗的偏好度，計算請求終端n的任務遷移處理時延T_n和能耗E_n分別為：

L_n,i為計算請求終端n的任務遷移比特數(shù)，X_n為任務復雜度(CPU指令周期數(shù)/比特)，R_n為終端n∈N的通信速率，信道配置決策x_n(m,k)＝1表示為用戶n分配小區(qū)m的信道k，功率配置決策P＝{p₁,p₂,…p_N}，p_n,n∈N為給用戶n分配的功率，計算資源配置決策f_n,n∈N₁為給計算請求終端n分配的計算能力，R_min為通信請求終端所需的最小通信速率，約束條件C1和C2表示為每個終端分配一條信道；C3表示任意信道只允許一個用戶接入；C4表示功率約束；C5表示通信請求終端最小通信速率約束；C6表示為計算請求終端分配的計算能力，C7表示分配給計算請求終端的計算能力和不大于邊緣云服務器能提供的業(yè)務計算能力；

步驟2、任務遷移決策與資源配置優(yōu)化模型分解：

將優(yōu)化模型分解為計算資源配置優(yōu)化模型以及聯(lián)合信道配置與功率配置優(yōu)化模型

步驟3、計算請求終端計算資源配置：

基于KKT條件求解計算資源配置優(yōu)化模型CP，得到計算請求終端集N₁中所有終端的計算資源最優(yōu)配置，即輸出計算資源配置決策其中，

步驟4、聯(lián)合信道配置與功率配置：

將優(yōu)化模型再分解為信道配置與功率配置，首先固定功率配置執(zhí)行信道配置，然后以信道配置為基礎執(zhí)行功率配置，最后再以功率配置為基礎調(diào)整信道配置，交替迭代，直到獲得所有終端N的信道和功率次優(yōu)配置；

步驟4.1、信道配置：固定功率配置執(zhí)行信道配置，作為交替迭代的初始點；

步驟4.2、功率配置：以信道配置為基礎執(zhí)行功率配置，首先設置接入相同信道的計算請求終端和通信請求終端的功率分別相等，然后搜索計算請求終端的功率范圍，確定該信道配置下最小化目標函數(shù)的功率配置；

步驟4.3、信道重配置：以功率配置為基礎調(diào)整信道配置，終端循環(huán)接入其他信道，選擇最小化目標函數(shù)對應的信道；

步驟4.4：輸出所有終端N的功率配置決策P＝{p₁,p₂,…p_N}和信道重配置決策

所述固定功率配置p_n＝p_max,n∈N，p_max為終端最大發(fā)射功率，決策單元利用收集到的終端相關信息、可用通信資源信息和可用計算資源信息計算各終端的有效載干比(EIR)，終端n在小區(qū)m的信道k上的有效載干比為小區(qū)r的同信道終端n與基站m之間的信道增益，所述信道配置由以下步驟組成：

步驟4.1.1、通信請求終端信道配置：

步驟4.1.1.1、初始化標記flag＝1，寄存器EC、CoUsr和UoCh的內(nèi)容為0，其中，EC保存每條信道k∈K當前接入終端的EIR值，CoUsr保存用戶n∈N₂當前接入的信道序號，UoCh保存每條信道k∈K接入的終端序號；

步驟4.1.1.2、對于計算在小區(qū)m∈M的信道k∈K上的有效載干比并存入EC，EC(m,k),m∈M,k∈K，搜索EC中最大者max{EC(m,k)}＝EC(m^*,k^*)，將信道(m^*,k^*)分配給通信請求終端n，即x_n(m^*,k^*)＝1，更新CoUsr(：,n)＝(m^*；k^*)和UoCh(m^*,k^*)＝n；對未分配信道(m≠m^*,k≠k^*)，更新CoUsr(1,UoCh(m,k))＝0；

步驟4.1.1.3、當min(CoUsr)＞0時，更新標記flag＝0；

步驟4.1.1.4、若flag＝1，跳轉至步驟4.1.1.2；否則，進入步驟4.1.1.5；

步驟4.1.1.5、計算通信速率R_n＝Blog₂(1+γ_m,n,k)，γ_n,m,k表示基站m接收用戶n通過信道k傳輸?shù)男鸥稍氡?SINR)，

其中，h_n,m,k為終端n與基站m之間在信道k上的信道增益，決策單元通過信道估計獲得，為小區(qū)r中同信道終端n與小區(qū)m中終端n間的信道增益；為加性高斯白噪聲功率；

步驟4.1.1.6、若R_n≥R_min,n∈N₂，通信請求終端信道配置成功，跳轉至步驟4.1.1.8，否則，

步驟4.1.1.7、通信請求終端信道配置失敗，無法完成通信請求終端請求，通信請求終端信道配置算法結束；

步驟4.1.1.8、輸出通信請求終端信道配置決策：

通信請求終端信道配置算法結束；

步驟4.1.2、計算請求終端信道配置：

步驟4.1.2.1、初始化標記flag＝1，寄存器EC、CoUsr和UoCh的內(nèi)容為0，其中，EC保存每條信道k∈K當前接入終端的EIR值，CoUsr保存用戶n∈N₁當前接入的信道序號，UoCh保存每條信道k∈K接入的終端序號；

步驟4.1.2.2、對于計算在小區(qū)m∈M的信道k∈K上的有效載干比并存入EC，EC(m,k),m∈M,k∈K，搜索EC中最大者max{EC(m,k)}＝EC(m⁰,k⁰)，將信道(m⁰,k⁰)分配給通信請求終端n，即x_n(m⁰,k⁰)＝1，更新CoUsr(：,n)＝(m⁰；k⁰)和UoCh(m⁰,k⁰)＝n；對未分配信道(m≠m⁰,k≠k⁰)，更新CoUsr(1,UoCh(m,k))＝0；

步驟4.1.2.3、當min(CoUsr)＞0時，更新標記flag＝0；

步驟4.1.2.4、若flag＝1，跳轉至步驟4.1.2.2；否則，進入步驟4.1.2.5；

步驟4.1.2.5、輸出計算請求終端信道配置決策：

計算請求終端信道配置算法結束；

步驟4.1.3、輸出所有終端的信道配置決策G^b＝G^c∪G^o；

所述功率配置的原則為接入相同信道的計算請求終端和通信請求終端的功率分別相等，即同信道同類型終端等功率配置(equal power configuration for co-channel andthe same type terminals,EPC)，所述功率配置包括以下步驟：

步驟4.2.1、設置功率調(diào)整步進λ，初始化J_now＝0,J^sub＝∞，輸入信道配置決策G^b；

步驟4.2.2、根據(jù)G^b統(tǒng)計接入該信道的終端分別為接入該信道的計算請求終端子集和通信請求終端子集，計算請求終端和通信請求終端功率配置分別為和其中，

步驟4.2.3、若跳轉至步驟4.2.4；若計算當前計算請求終端的任務遷移成本和：

如果更新信道k的任務遷移成本和接入信道k的計算請求終端和通信請求終端的功率配置為和更新

步驟4.2.4、計算所有信道的任務遷移成本和

步驟4.2.5、輸出所有終端的功率配置決策和所有信道的任務遷移成本和J；

所述信道重配置的原則為每次調(diào)整一個終端的分配信道，循環(huán)接入其他信道，若接入信道為其他終端占用信道，該終端與占用該信道的終端交換信道；若接入信道為空閑信道，直接切換信道，所述信道重配置包括以下步驟：

步驟4.3.1、初始化J_now＝0，輸入所有終端的信道配置決策G^b、功率配置決策P和所有信道的任務遷移成本和J；

步驟4.3.2、若信道(m,k)空閑，執(zhí)行切換信道操作switch(n,(m,k))，否則，執(zhí)行交換信道操作exchange(n,(m,k))，信道重配置后的臨時信道配置決策為G^t；

步驟4.3.3、計算通信速率R_n＝Blog₂(1+γ_m,n,k)，若R_n＜R_min，通信請求終端信道重配置失敗，跳轉至步驟4.3.5；否則，計算當前計算請求終端的任務遷移成本和J_now；

步驟4.3.4、若J_now＜J，更新信道配置決策G＝G^t和所有信道的任務遷移成本和J＝J_now，否則，G＝G^b；

步驟4.3.5、輸出所有終端的信道重配置決策G。