[發明專利]一種基于全雙工中繼的移動邊緣計算網絡資源分配方法

有效

• 申請號: 202010906782.0
• 申請日: 2020-09-01
• 公開（公告）號: CN111988806B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 徐勇軍;谷博文;劉期烈;陳前斌
• 申請（專利權）人: 成都國恒空間技術工程股份有限公司
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W40/10;H04W40/12;H04W40/22;H04L41/0833;H04L41/14
• 代理公司: 北京君有知識產權代理事務所(普通合伙) 11630
• 代理人: 焦麗雅

本發明涉及一種基于全雙工中繼的移動邊緣計算網絡資源分配方法，屬于移動邊緣領域。該方法包括構建全雙工中繼輔助的上行移動邊緣計算網絡模型；分析所構建系統的傳輸特性，在滿足用戶計算任務時延、用戶中斷概率、用戶最大計算能力和最大發射功率等約束，聯合優化用戶匹配策略、用戶任務卸載系數、傳輸功率，建立系統總能耗最小化優化問題；利用最壞準則和交替迭代方法，將原非凸優化問題分解為兩個確定性的凸優化子問題進行求解。本發明可以有效緩解用戶執行計算數據量大，時延請求低的任務的壓力，提升用戶的服務質量，并且相較于現有技術，本發明可以有效降低執行計算任務的消耗，同時降低系統的中斷概率，提升系統的頑健性。

技術領域

本發明屬于移動邊緣計算領域，涉及一種基于全雙工中繼的移動邊緣計算網絡資源分配方法。

背景技術

隨著移動通信技術的高速發展和智能終端的日益普及，各種網絡服務和應用不斷涌現，例如虛擬現實、在線會議、視頻通話等。這類數據量大的通信業務對通信網絡在低時延、高可靠等方面提出了更嚴格的要求。雖然新型智能終端處理器的處理能力越來越強大，但依然無法處理計算量大且時延要求高的通信業務。另一方面，終端設備對本地數據的處理也加劇了電池電量的消耗和自身損耗，這極大地影響了終端設備的運行效率和服務質量。

為了解決上述問題，移動邊緣計算作為一種可行的技術方案被提出。具體來說，移動邊緣計算允許資源受限的終端設備將部分或全部計算任務卸載到邊緣服務器進行處理，以解決終端設備在計算性能低、電池電量不足等條件下的傳輸問題，從而為終端設備提供低時延、低能耗的網絡服務。因此，基于移動邊緣計算的無線通信網絡成為工業界和學術界關注的熱點。

資源分配技術在傳統無線網絡中具有重要作用。它是通過調節傳輸功率、子載波分配等無線資源來有效的實現干擾管理，提升用戶的服務質量。但在基于移動邊緣計算的通信網絡中，由于無線通信資源與計算資源相互影響，使得這類網絡的資源分配問題變得更為復雜且十分具有挑戰性。

目前，針對基于移動邊緣計算網絡資源分配問題的研究大多是基于雙邊任務計算方案(即，任務只能由用戶或者邊緣計算服務器全部計算)。然而，在實際的移動邊緣計算網絡中，由于任務數據量與時延請求的隨機性，雙邊任務計算方式，無法對計算資源進行靈活的分配，從而導致用戶本地服務器或邊緣服務器的計算資源利用率低下且計算消耗較高。同時，基于傳統半雙工中繼的移動邊緣計算系統雖然在一定程度上改善了網絡邊緣用戶的服務質量，提升了網絡的覆蓋范圍，但半雙工非同步收發的方式也導致數據傳輸時間較長，難以處理更低時延請求的數據業務。此外，雖然已有少量工作針對全雙工中繼的邊緣計算網絡的資源分配問題進行了研究，但該研究是在假設完美信道狀態信息條件下設計的。然而，由于用戶設備分布的隨機性、量化誤差以及信道時延等因素的影響，使得完美獲得信道狀態信息是不切實際的。因此，在考慮信道狀態信息不確定性的條件下，如何實現全雙工中繼移動邊緣計算網絡頑健資源分配、減小用戶中斷概率，是一個非常有意義的研究問題。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種基于全雙工中繼的移動邊緣計算網絡資源分配方法。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種基于全雙工中繼的移動邊緣計算網絡資源分配方法，包括如下步驟：

S1：構建基于全雙工中繼輔助的上行移動邊緣計算網絡模型；

S2：分析所構建系統的傳輸特性，在滿足用戶計算任務時延約束、用戶中斷概率約束、用戶最大計算能力和最大發射功率約束，聯合優化用戶匹配策略、用戶任務卸載系數、用戶與中繼的傳輸功率，建立系統總能耗最小化問題；

S3：基于最壞準則方法，將含有概率約束的問題轉化為確定性的優化問題。利用變量松弛方法，將目標函數與約束條件中的整數變量轉化為連續變量；

S4：基于交替迭代方法，將原非凸問題分解為兩個子問題，并利用內點法和拉格朗日對偶原理分別進行求解。