[發(fā)明專利]一種邊云協(xié)同資源聯(lián)合分配方法、系統(tǒng)及應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011584281.1
• 申請日: 2020-12-28
• 公開（公告）號: CN112689303B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐懷玉;周雨晨;陳健;郭蘭圖;楊龍
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué);中國電波傳播研究所（中國電子科技集團(tuán)公司第二十二研究所）
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W28/08
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 肖志娟

1.一種邊云協(xié)同資源聯(lián)合分配方法，其特征在于，所述邊云協(xié)同資源聯(lián)合分配方法卸載用戶首先基于自身的業(yè)務(wù)類型確定時延和能耗權(quán)重；卸載用戶根據(jù)鏈路狀態(tài)選擇協(xié)助設(shè)備，并根據(jù)權(quán)重確定本地計算量、上傳任務(wù)量、本地傳輸功率、本地計算時延，注意到為避免用戶間的干擾，相臨邊緣服務(wù)器覆蓋范圍內(nèi)的用戶采用頻分多址接入方式；用戶首先將上傳任務(wù)傳輸至選擇的協(xié)助設(shè)備，然后在協(xié)助設(shè)備的輔助下采用協(xié)作通信的方式將上傳任務(wù)卸載至邊緣服務(wù)器，從而確保邊緣服務(wù)器準(zhǔn)確地接收到卸載任務(wù)，此時需要確定協(xié)作通信過程中的協(xié)作傳輸功率；邊緣服務(wù)器根據(jù)用戶對于計算時延和計算能耗的權(quán)重指標(biāo)，確定邊緣計算任務(wù)量、邊緣計算時延及云計算任務(wù)量、云計算時延，并將云計算任務(wù)進(jìn)一步卸載至云服務(wù)器，從而完成整個卸載過程；

所述邊云協(xié)同資源聯(lián)合分配方法具體包括：

(1)卸載用戶基于自身的業(yè)務(wù)類型確定時延和能耗權(quán)重，令和分別表示用戶u對于通信能耗、通信時延、計算能耗和計算時延的權(quán)重指標(biāo)，其中且權(quán)重值越大，表明該用戶的卸載任務(wù)對于該項指標(biāo)越敏感；

(2)卸載用戶根據(jù)鏈路狀態(tài)選擇協(xié)助設(shè)備，根據(jù)權(quán)重確定本地計算量、上傳任務(wù)量、本地傳輸功率及本地計算時延：

(2.1)假設(shè)用戶u的備選協(xié)助設(shè)備集合為U_u，令備選設(shè)備u'作為其協(xié)助設(shè)備，則其中g(shù)_u,u'、和分別表示用戶u到備選設(shè)備u'的功率增益、用戶u到用戶u關(guān)聯(lián)的邊緣服務(wù)器n_u的功率增益和備選設(shè)備u'到用戶u關(guān)聯(lián)的邊緣服務(wù)器n_u的功率增益；

(2.2)用戶u可根據(jù)(1)中設(shè)定的權(quán)重優(yōu)化本地計算量a_u、上傳任務(wù)量1-a_u、本地傳輸功率p_u,1及本地計算時延優(yōu)化問題可建模為：

其中，I_u、B_u、c、ξ^User分別表示用戶u的總?cè)蝿?wù)量、卸載頻帶寬度(、計算每比特任務(wù)所需消耗的CPU數(shù)、本地計算時延、用戶設(shè)備計算能量系數(shù)；此外，優(yōu)化變量p_u,1和有上下界限制，若超過了邊界值，則直接設(shè)定為邊界值；

(2.3)卸載用戶u采用交替迭代的方式確定變量a_u、p_u,1和

(3)卸載用戶u首先將卸載任務(wù)的1-a_u部分以傳輸功率p_u,1發(fā)送至選擇的協(xié)助設(shè)備u'，然后在協(xié)助設(shè)備的輔助下采用協(xié)作通信的方式將卸載任務(wù)的1-a_u部分卸載至邊緣服務(wù)器n_u，此時卸載用戶u和協(xié)助設(shè)備u'的協(xié)作傳輸功率分別為p_u,2及p_u'，p_u,2及p_u'的解由以下優(yōu)化問題獲得：

此處優(yōu)化變量p_u,2和p_u'有上下界限制，若超過了邊界值，則直接設(shè)定為邊界值；此時優(yōu)化問題OP3的目標(biāo)函數(shù)前兩項分別為關(guān)于p_u,2和p_u'的非凸函數(shù)，后兩項分別為關(guān)于p_u,2和p_u'的凹函數(shù)，因此需要對前兩項進(jìn)行連續(xù)凸逼近，此時變量p_u,2和p_u'的解可由以下優(yōu)化問題獲得：

其中，角標(biāo)i表示迭代次數(shù)；表示函數(shù)h(p_u,2,p_u')在p_u,2的一階導(dǎo)數(shù)并令表示第i次迭代得到的p_u,2值；表示函數(shù)h(p_u,2,p_u')在p_u'的一階導(dǎo)數(shù)并代入表示第i次迭代得到的p_u'值；上述優(yōu)化問題OP4為關(guān)于p_u,2和p_u'的凸優(yōu)化問題，通過搜索H'(p_u,2)＝0和H'(p_u')＝0的根即可得到優(yōu)化問題OP3中p_u,2和p_u'的解；基于連續(xù)凸逼近的思想，反復(fù)更新的p_u,2和p_u'值直至相臨兩次迭代的p_u,2和p_u'的差值分別小于一定精度，即可認(rèn)為算法收斂，收斂時得到的p_u,2和p_u'即為(3)中卸載用戶u和協(xié)助設(shè)備u'的協(xié)作傳輸功率p_u,2和p_u'的最終解；

(4)邊緣服務(wù)器n_u根據(jù)卸載用戶u對于計算時延和計算能耗的權(quán)重指標(biāo)，確定邊緣計算任務(wù)量b_u、邊緣計算時延及云計算任務(wù)量1-b_u、云計算時延并將云計算任務(wù)1-b_u進(jìn)一步卸載至云服務(wù)器，完成整個卸載過程：

(4.1)邊緣服務(wù)器n_u根據(jù)(1)中設(shè)定的權(quán)重優(yōu)化邊緣計算任務(wù)量b_u、邊緣計算時延及云計算任務(wù)量1-b_u、云計算時延優(yōu)化問題可建模為：

其中ξ^MEC和ξ^Cloud表示邊緣服務(wù)器計算能量系數(shù)和云服務(wù)器計算能量系數(shù)；此處優(yōu)化變量和有上下界限制，若超過了邊界值，則直接設(shè)定為邊界值；

(4.2)邊緣服務(wù)器n_u采用交替迭代的方式確定變量b_u、及

(5)卸載用戶u、邊緣服務(wù)器n_u及云服務(wù)器基于優(yōu)化結(jié)果分別以計算速率處理卸載用戶u的任務(wù)中a_u部分、b_u(1-a_u)部分及(1-b_u)(1-a_u)部分，計算完畢后卸載用戶u匯總各部分計算結(jié)果，并生成卸載任務(wù)的最終計算結(jié)果。