[發明專利]電力物聯網系統中基于聯盟博弈的任務卸載方法

有效

• 申請號: 202010568459.7
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN111901374B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 夏瑋瑋;高航;成華清;張雅雯;燕鋒;沈連豐
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H04L67/1031
• 分類號: H04L67/1031;G06F17/11;G06F17/18;G06Q50/06;G16Y10/35
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

1.電力物聯網系統中基于聯盟博弈的任務卸載方法，其特征在于：該方法包括：

(1)同一區域內的所有智能電表通過無線連接接入到AP；基于非正交多址接入NOMA，多個智能電表能夠使用同一子載波連接到AP，使用同一子載波的智能電表組成一個聯盟；

(2)智能電表具有計算任務，在本地處理或者通過子載波卸載到AP上處理；建立智能電表的代價函數，分為本地計算時的代價函數以及任務卸載時的代價函數，由能耗和時延組成；所有智能電表處理計算任務所需的計算資源相同；AP分配給每個智能電表的計算資源相同；每個智能電表所具有的計算資源不盡相同；

(3)網絡內的所有智能電表依次選擇策略，即加入的聯盟，計算卸載收益，卸載收益與代價函數有關，聯盟內所有智能電表的卸載收益之和為聯盟的效用；網絡內所有智能電表和AP建立聯盟博弈；

(4)每個智能電表通過對比選擇加入使效用最大的聯盟；在所有智能電表選擇完策略后，計算網絡的總效用；

(5)所有智能電表依次執行策略是為一輪迭代；所有智能電表進行任務卸載所需的計算資源相同，AP為選擇任務卸載的智能電表分配計算資源；系統在進行一次迭代后，網絡內部分智能電表改變了策略，每個聯盟內的智能電表數量增加或減小，因此需要更新網絡內各個智能電表的連接狀態；

(6)博弈達到納什均衡，網絡內所有智能電表不再改變策略，各個智能電表根據策略選擇在本地處理任務或者將任務卸載到AP執行，以及卸載情況下使用的子載波，獲得AP分配的計算資源。

2.根據權利要求1所述的電力物聯網系統中基于聯盟博弈的任務卸載方法，其特征在于：步驟(2)中所述代價函數，在各個智能電表都選擇其最優聯盟的情況下，整個網絡的總代價函數之和達到最小。

3.根據權利要求1所述的電力物聯網系統中基于聯盟博弈的任務卸載方法，其特征在于：步驟(3)中聯盟博弈的描述具體如下：

參與者Player：網絡內的所有智能電表，集合為

聯盟Coalition：聯盟集合為其中，對任意的i≠j，有并且

策略Strategy：每個參與者的策略是根據它在每個聯盟上的效用來決定是否卸載以及卸載情況下用于計算卸載的子載波；

效用函數Utility function：聯盟的效用表示為是聯盟中所有利用子載波k的智能電表獲得的總計算收益。

4.根據權利要求1所述的電力物聯網系統中基于聯盟博弈的任務卸載方法，其特征在于：步驟(4)、(5)具體過程如下所示：

聯盟的效用表示為：

式中，表示智能電表實行本地計算時的代價函數，表示智能電表利用子載波k將任務卸載到AP處理時的代價函數，智能電表計算它執行每個策略的卸載收益，對比之下選擇使效用最高的策略，網絡的總效用函數為：

5.根據權利要求1所述的電力物聯網系統中基于聯盟博弈的任務卸載方法，其特征在于：步驟(6)中聯盟博弈達到納什均衡，其求解過程如下：

①網絡初始狀態是隨機的，用i和t分別表示迭代次數和連續的不成功切換操作次數，初始值設置為零，切換操作指智能電表從一個聯盟離開轉而加入另一個聯盟；其中連續的不成功切換操作次數t是為了提高收斂速度并降低算法復雜度而設的；如果智能電表執行切換操作，則將t重置為零，否則將其加一；當t達到一個合適的設定值T時，算法將停止并認為達到了穩定狀態；

②根據預定的排列選擇一個智能電表，智能電表隨機選擇一個與其當前所在聯盟不同的聯盟，計算兩個聯盟的效用以及兩個聯盟內所有智能電表的卸載收益；

③比較兩個聯盟的效用，若不影響其他電表的收益，那么智能電表選擇加入效用高的聯盟，更新聯盟狀態；

④所有智能電表選擇完策略是為一輪迭代，系統在進行一次迭代后，網絡內部分智能電表改變了策略，每個聯盟的接入智能電表數量增加或減小，網絡連接狀態全面更新，各個智能電表重新選擇聯盟，進行新一輪的迭代；

⑤聯盟博弈達到納什均衡，網絡內所有智能電表不再改變策略，各個智能電表選擇本地處理計算任務或將任務卸載，以及卸載情況下利用的子載波，獲得AP分配的計算資源，進行任務卸載。