[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

本發明公開了一種電力物聯網系統中基于聯盟博弈的任務卸載方法，包括：（1）同區域內的智能電表和接入點AP組成網絡；多個智能電表能利用同一子載波連接到AP；（2）電表具有計算任務，既可本地處理，也可卸載到AP處理；利用同一子載波的電表形成聯盟；建立代價函數；（3）智能電表在策略集內選擇卸載策略；智能電表和AP建立聯盟博弈；（4）智能電表計算它加入各個聯盟的卸載收益，加入使總卸載收益最大的聯盟；（5）聯盟博弈達到納什均衡，網絡內智能電表不再改變策略，根據策略進行任務卸載。本發明基于聯盟博弈，充分利用AP的無線資源和計算資源，在以最小化智能電表的卸載代價為目標的同時，滿足各智能電表的任務卸載需求。

技術領域

本發明屬于電力物聯網領域，具體涉及電力物聯網系統中基于聯盟博弈的任務卸載方法。

背景技術

近年來人類對電力的需求大幅度增加，但傳統的配電網絡效率低下。電力物聯網是現代電網基礎設施，可通過自動化控制和現代通信技術來提高效率、可靠性和安全性，并實現可再生能源和替代能源的平穩集成。可再生能源發電是減少化石燃料消耗和溫室氣體排放的有效技術。更重要的是，啟用新的網絡管理策略的電力物聯網可在分布式發電中實現其有效的電網集成，以進行需求側管理，并在能量存儲中實現分布式發電負載平衡。許多研究人員對可再生能源進行了廣泛的研究，而可再生能源的集成性，減少系統損耗并提高向客戶供電的可靠性、效率和安全性是對電力物聯網系統的進一步增強。此外，現有電網缺乏通信功能，而電力物聯網基礎設施卻充滿了增強的感測以及先進的通信和計算能力。系統的不同組件與通信路徑和傳感器節點鏈接在一起，以提供相互之間的互操作性。

在電力物聯網中，從智能電表收集的數據通常先發送給鄰近的AP，由AP上傳到控制中心。智能電表通常具有計算任務，可以本地處理，但是如果計算任務繁重，本地處理會帶來較大的能耗和時延開銷。若將計算資源不足的智能電表上的計算任務卸載到AP服務器上處理，充分利用AP服務器的計算資源，既可以提高AP資源利用率，也可以提高系統的性能。但是，AP的子載波數量有限，在智能電表數量較多時，不能很好滿足所有智能電表的卸載需求，非正交多址接入NOMA技術可以很好解決這一問題。NOMA的基本思想是使用疊加編碼在發射機側疊加來自各個智能電表的信號，并使用連續的干擾消除技術在接收機側對預期信號進行解碼。NOMA能夠容納比可用子載波數量更多的智能電表，即多個智能電表可以利用同一個子載波進行卸載，可以在多個方面改善無線通信的性能，包括更多的智能電表，更低的延遲，更高的頻譜效率和寬松的信道反饋。

因此我們考慮將利用同一個子載波進行任務卸載的智能電表看成一個聯盟。智能電表可以選擇在本地處理任務或者將任務通過子載波卸載到AP服務器上處理。智能電表的策略直接影響聯盟的形成，從而對聯盟的效用函數產生重要影響。因此，如何選擇智能電表的卸載策略以及卸載情況下的子載波，實現資源的有效分配，滿足各個智能電表的服務需求是亟待解決的問題。

發明內容

為解決上述問題，本發明公開了電力物聯網系統中基于聯盟博弈的任務卸載方法，充分利用AP的計算資源，在以最小化網絡的能耗和時延為目標的同時，滿足各智能電表的任務卸載需求。

為達到上述目的，本發明的技術方案如下：

電力物聯網系統中基于聯盟博弈的任務卸載方法，包括以下步驟：

(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技術，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，可以在本地處理，也可以通過子載波卸載到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；