[發(fā)明專利]一種基于效用函數(shù)的車聯(lián)網(wǎng)占優(yōu)資源公平分配優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811133021.5
• 申請日: 2018-09-27
• 公開（公告）號: CN108965168B
• 公開（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔣文賢;吳晶晶;周雅琴;王田;周長利
• 申請（專利權(quán)）人: 華僑大學(xué);廈門傳郵智能科技有限公司
• 主分類號: H04L47/80
• 分類號: H04L47/80;H04W4/40;H04W24/02
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;李艾華

1.一種基于效用函數(shù)的車聯(lián)網(wǎng)占優(yōu)資源公平分配優(yōu)化方法，其特征在于，包括：

構(gòu)造以車輛用戶服務(wù)質(zhì)量QoS指標為自變量的效用函數(shù)；

利用M/D/1排隊模型建立QoS指標與無線網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)量二者間的函數(shù)映射關(guān)系以建立映射模型；

基于所述以車輛用戶服務(wù)質(zhì)量QoS指標為自變量的效用函數(shù)和所述映射模型，設(shè)計一種占優(yōu)資源公平機制的資源分配優(yōu)化方法，求解以最大化車輛用戶效用為目標函數(shù)，公平分配用戶占優(yōu)資源為約束條件的最優(yōu)化問題，并由此得出最優(yōu)的資源分配結(jié)果；再通過用戶權(quán)重優(yōu)先級進行剩余可用資源的分配；

所述資源分配優(yōu)化方法是針對車聯(lián)網(wǎng)中無線接入點AP上的資源，將用戶服務(wù)的QoS需求轉(zhuǎn)換為所需的資源數(shù)量，具體包括：

步驟1，獲取用戶所創(chuàng)建業(yè)務(wù)流的QoS需求，并根據(jù)映射模型將其轉(zhuǎn)換成所需的資源量，若用戶創(chuàng)建了多條業(yè)務(wù)流，則需進行流量需求聚合；聚合后的所有用戶只包括一個業(yè)務(wù)QoS請求；

步驟2，計算出各業(yè)務(wù)的占優(yōu)資源份額以及用戶優(yōu)先級權(quán)重；

步驟3，根據(jù)所述占優(yōu)資源份額及QoS需求，求解最優(yōu)化問題，計算最優(yōu)分配結(jié)果及每個用戶的效用；

步驟4，效用大于1的用戶將根據(jù)需要獲取其資源數(shù)量，對于其他用戶，將使用剩余的網(wǎng)絡(luò)資源再次執(zhí)行步驟2和步驟3中的操作；

步驟5，重復(fù)步驟4，直到?jīng)]有用戶可以獲得大于1的效用或所有用戶滿足其資源需求，或者其中一種資源類型被完全分配，則終止執(zhí)行，輸出最后的分配結(jié)果；

步驟6，若仍有資源剩余且有用戶的需求未得到滿足，則按照用戶優(yōu)先級權(quán)重由高到低的順序依次分配給資源不夠的用戶，直到剩余資源被消耗完，停止執(zhí)行，輸出最后的分配結(jié)果；

步驟7，若在此之后有用戶的業(yè)務(wù)流發(fā)生添加或刪除的變化，則根據(jù)相應(yīng)的變化修改需求，再重新執(zhí)行上述的分配過程；

所述步驟1具體包括：

步驟1.1)假設(shè)用戶創(chuàng)建J條業(yè)務(wù)流，每條業(yè)務(wù)流j的QoS需求表示為d_j0,r_j0；

通過QoS需求與資源量間的函數(shù)映射模型，得出每條業(yè)務(wù)流的對應(yīng)資源需求為BW_j0,L_j0；

步驟1.2)將用戶的聚合資源需求，記為BW₀,L₀，表示為：

所述步驟2具體包括：

步驟2.1)假設(shè)所有的業(yè)務(wù)流都有一個固定的分組大小P；每個用戶請求的業(yè)務(wù)流都有代表QoS性能的分組時延和丟包率，記為d,r；分配給對應(yīng)用戶的車聯(lián)網(wǎng)資源用BW,L表示，所述車聯(lián)網(wǎng)資源包括則節(jié)點的分組在無線鏈路中的傳輸延遲d_t表示為：

步驟2.2)假設(shè)分組到達遵循泊松分布，其中到達速率λ＝BW/P，隊列的服務(wù)速率為α，這里α表示單位時間內(nèi)被服務(wù)的數(shù)據(jù)包數(shù)量，并將ρ＝λ/α定義為流量強度；分組延遲d、分組的平均排隊長度及丟包率r分別表示為

步驟2.3)假設(shè)流量強度ρ是一個常數(shù)值；當(dāng)業(yè)務(wù)負載很重時，將ρ近似等同為C/C_b，其中C是無線信道容量，C_b是AP連接到有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的有線鏈路的容量，則無線帶寬與分組時延、緩存與丟包率間的函數(shù)關(guān)系表示為：

L＝PE[Q](1-r)

步驟2.4)假設(shè)在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，AP無線信道容量為C，隊列緩存為L_Q，M個用戶，對于每個用戶i，我們將其QoS需求表示為d_i0,r_i0及對應(yīng)的資源需求向量為BW_i0,L_i0；定義μ_i＝max{BW_i0/C,L_i0/L_Q}作為用戶i所需的占優(yōu)資源份額；如果μ_i＝BW_i0/C，說明用戶i是帶寬占優(yōu)的，否則就是緩存占優(yōu)的；

步驟2.5)用戶優(yōu)先級權(quán)重可表示為R∈{BW,L}，其中，代表所有用戶在資源R上的最大占優(yōu)資源集合；

所述步驟3具體包括：

步驟3.1)設(shè)用戶i在分配的資源份額和實際的QoS性能表示為BW_i,L_i和d_i,r_i，將x_i＝BW_i/BW_io＝L_i/L_i0表示為用戶i的供需匹配度，q＝μ_ix_i,(i＝1,2,…,M)表示任意用戶的實際占優(yōu)份額；

步驟3.2)資源分配的最優(yōu)化問題可表示為：

maximize(x₁,x₂,…,x_M)

subject to

μ₁x₁＝μ₁x₂＝…＝μ_Mx_M

步驟3.3)求解步驟3.2)中的最優(yōu)化問題，得出以下結(jié)果：

其中a＝L_Q/C為緩存容量大小與無線信道容量之比，m_i＝L_i0/BW_i0為用戶i的資源需求比；

步驟3.4)計算用戶的效用，可由如下資源的效用函數(shù)表示：

步驟3.5)根據(jù)步驟3.4)中式子可知U_i＝x_i，表示最優(yōu)化問題中是以最大化用戶效用為目標函數(shù)；

所述映射模型利用M/D/1排隊模型的相關(guān)結(jié)論推導(dǎo)而成，將包括分組時延和丟包率的QoS性能指標作為自變量，將包括無線帶寬BW和隊列緩存L的資源數(shù)量作為因變量，獲得分組時延與無線帶寬、丟包率與隊列緩存間的函數(shù)關(guān)系。