[發明專利]一種基于公平的霧計算任務卸載方法及系統

有效

• 申請號: 202010893078.6
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN112040512B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 姚英彪;秦元成;馮維;徐欣;姜顯揚
• 申請（專利權）人: 三明市星辰科技有限責任公司
• 主分類號: H04W28/16
• 分類號: H04W28/16;H04W52/02;H04L67/10
• 代理公司: 三明市三元區君諾知識產權代理事務所(普通合伙) 35268
• 代理人: 何月芳

1.一種基于公平的霧計算任務卸載方法，其特征在于，包括步驟：

S1、獲取整個網絡的信息，信息包括各個霧節點的歷史平均能耗信息；

S2、根據步驟S1中獲取的信息，計算各終端節點與霧節點之間的勢能；

S3、利用Kuhn-Munkras算法，以各終端節點與霧節點之間的勢能為權值，并以網絡整體勢能最大為目標，求解終端節點與霧節點之間的一對一匹配，以作出任務卸載決策矩陣X；

S4、以最小化任務處理時延為目標，計算終端節點卸載任務數據量；

S5、計算本輪各霧節點的能耗，并更新各霧節點的歷史平均能耗信息；

步驟S1中由網絡控制器獲取整個網絡的信息，信息包括：

終端節點數量M，每個終端節點的任務數據量L_i、計算能力f_i、發射功率t為transmission代表傳輸；

霧節點數量N，每個霧節點的計算能力f_j、計算功率續航能力γ_j，j＝1,2,3...N，c為compute代表計算；

終端節點i與霧節點j之間的距離d_ij、信道帶寬B_ij以及噪聲功率

所述霧節點的歷史平均能耗信息為

步驟S2中包括步驟：

S2.1、計算終端節點i與霧節點j之間的信道增益G_ij、數據傳輸速率r_ij和等效數據處理速率R_ij；

S2.2、根據終端節點i與霧節點j之間等效數據處理速率R_ij、霧節點j的續航能力γ_j、霧節點j的歷史平均能耗計算終端節點i與霧節點j之間的勢能

步驟S2.1中：

計算終端節點i與霧節點j之間信道增益G_ij的公式為：其中L_ij為終端節點i與霧節點j之間的路徑損耗；

計算終端節點i與霧節點j之間數據傳輸速率r_ij的公式為：

計算終端節點i與霧節點j之間等效數據處理速率R_ij的公式為：

R_ij＝(1/r_ij+1/f_j)^-1；

計算終端節點i與霧節點j之間的路徑損耗L_ij的公式為：

L_ij＝38.46+20log₁₀(d_ij)；

步驟S2.2中：

計算終端節點i與霧節點j之間勢能的公式為：

步驟S3中，采用目標函數進行建模，以使網絡整體勢能最大，其中x_ij∈{0,1}、x_ij為0-1指示變量，當終端節點i的子任務分配給霧節點j時，x_ij＝1，反之，x_ij＝0，表明終端節點只能將任務卸載給一個霧節點，表明每個霧節點每次最多服務一個終端節點；

令終端節點i與霧節點j之間的權重為勢能利用Kuhn-Munkras算法求解公式即可得到任務卸載決策矩陣X。

2.根據權利要求1所述的一種基于公平的霧計算任務卸載方法，其特征在于，步驟S4中計算終端節點卸載任務數據量Q_ij的公式為：

3.根據權利要求2所述的一種基于公平的霧計算任務卸載方法，其特征在于，步驟S5中，計算本輪霧節點能耗E_j的公式為：更新霧節點歷史平均能耗信息的計算公式為：其中為更新前霧節點的歷史平均能耗信息，為更新后霧節點的歷史平均能耗信息，α為遺忘指數。

4.一種基于公平的霧計算任務卸載系統，其特征在于，包括信息獲取模塊、勢能計算模塊、矩陣獲取模塊、數據量計算模塊以及能耗計算模塊；

信息獲取模塊，用于獲取整個網絡的信息，信息包括各個霧節點的歷史平均能耗信息；

勢能計算模塊，用于根據信息獲取模塊獲取的信息，計算各終端節點與霧節點之間的勢能；

矩陣獲取模塊，利用Kuhn-Munkras算法，以各終端節點與霧節點之間的勢能為權值，并以網絡整體勢能最大為目標，求解終端節點與霧節點之間的一對一匹配，以作出任務卸載決策矩陣X；

數據量計算模塊，用于以最小化任務處理時延為目標，計算終端節點卸載任務數據量；

能耗計算模塊，用于計算本輪各霧節點的能耗，并更新各霧節點的歷史平均能耗信息；

信息獲取模塊中，由網絡控制器獲取整個網絡的信息，信息包括：

終端節點數量M，每個終端節點的任務數據量L_i、計算能力f_i、發射功率t為transmission代表傳輸；

霧節點數量N，每個霧節點的計算能力f_j、計算功率續航能力γ_j，j＝1,2,3...N，c為compute代表計算；

終端節點i與霧節點j之間的距離d_ij、信道帶寬B_ij以及噪聲功率

所述霧節點的歷史平均能耗信息為

勢能計算模塊具體如下：

計算終端節點i與霧節點j之間的信道增益G_ij、數據傳輸速率r_ij和等效數據處理速率R_ij；具體如下：計算終端節點i與霧節點j之間信道增益G_ij的公式為：其中L_ij為終端節點i與霧節點j之間的路徑損耗；計算終端節點i與霧節點j之間數據傳輸速率r_ij的公式為：計算終端節點i與霧節點j之間等效數據處理速率R_ij的公式為：R_ij＝(1/r_ij+1/f_j)^-1；計算終端節點i與霧節點j之間的路徑損耗L_ij的公式為：L_ij＝38.46+20log₁₀(d_ij)；

根據終端節點i與霧節點j之間等效數據處理速率R_ij、霧節點j的續航能力γ_j、霧節點j的歷史平均能耗計算終端節點i與霧節點j之間的勢能具體如下：計算終端節點i與霧節點j之間勢能的公式為：

矩陣獲取模塊中，采用目標函數進行建模，以使網絡整體勢能最大，其中x_ij∈{0,1}、x_ij為0-1指示變量，當終端節點i的子任務分配給霧節點j時，x_ij＝1，反之，x_ij＝0，表明終端節點只能將任務卸載給一個霧節點，表明每個霧節點每次最多服務一個終端節點；令終端節點i與霧節點j之間的權重為勢能利用Kuhn-Munkras算法求解公式即可得到任務卸載決策矩陣X。