[發明專利]一種聯合優化計算卸載和資源分配的方法及裝置

有效

• 申請號: 202110363614.6
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113207136B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 許海濤;李倩倩;林福宏;周賢偉
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H02J3/00;H02J50/00;G06F9/50;G06N3/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波;付忠林

1.一種聯合優化計算卸載和資源分配的方法，適用于協同無線供電邊緣計算的工業互聯網，其特征在于，所述聯合優化計算卸載和資源分配的方法包括：

構建協同無線供電邊緣計算的工業互聯網環境下的系統模型；其中，所述協同無線供電邊緣計算的工業互聯網包括云計算中心層、邊緣服務層以及無線傳感器層；所述系統模型包括能量收集模型、本地計算模型以及計算卸載模型；

基于所述系統模型，以系統中剩余能量最大化為目標構建目標函數；其中，系統的計算卸載決策和資源分配策略作為變量，影響所述目標函數的值；

基于鯨魚優化算法和二進制鯨魚優化算法，分別優化資源分配策略和計算卸載決策來求解所述目標函數，實現系統最優的計算卸載決策和資源分配策略。

2.如權利要求1所述的聯合優化計算卸載和資源分配的方法，其特征在于，所述構建協同無線供電邊緣計算的工業互聯網環境下的系統模型，包括：

構建能量收集模型，包括：

將第u個無線傳感設備收集的能量采用下式表示：

E_u^hav＝λ_uTμh_uP_u

其中，表示第u個無線傳感設備收集的能量，λ_u表示第u個無線傳感設備的能量收集時間系數，且λ_u+v_u≤1，v_u表示任務執行時間系統，T表示執行截止時間，μ表示無線傳感設備的能量轉換效率，h_u表示從傳輸基站到第u個無線傳感設備的下行鏈路大規模信道增益，P_u表示下行鏈路發射功率；

構建本地計算模型，包括：

將在無線傳感設備上完成任務的本地執行延遲表示為：

其中，表示第u個無線傳感設備完成任務的本地執行延遲，a_u表示第u個無線傳感設備的計算卸載決策，a_u＝0表示任務在本地計算，a_u＝1表示任務卸載到服務器進行處理，D_u表示輸入數據大小，C_u表示完成任務所需的CPU周期數，表示無線傳感設備的計算能力；本地執行的能耗由下式給出：

其中，表示第u個無線傳感設備本地執行的能耗，k₀表示能量轉換系數；

構建計算卸載模型，包括：

將任務的卸載延遲表示為：

其中，表示任務的卸載延遲，R_u表示無線傳感設備的理論數據傳輸速率；

根據香農公式，無線傳感設備的理論數據傳輸速率為：

其中，p_u表示從無線傳感設備到邊緣服務器的上行鏈路傳輸功率，σ²表示在無線傳感設備和傳輸基站之間的信道中產生的噪聲功率，g_u表示無線傳感設備和傳輸基站之間的信道增益，B表示信道帶寬；

能量收集時間和卸載時間滿足以下約束：

將在邊緣服務器上進行任務處理所需的時延表示為：

其中，表示在邊緣服務器上進行任務處理所需的時延，表示從邊緣服務器分配的每個無線傳感設備的計算能力；

將任務傳輸過程中產生的能量消耗表示為：

其中，表示任務傳輸過程中產生的能量消耗。

3.如權利要求2所述的聯合優化計算卸載和資源分配的方法，其特征在于，所述基于所述系統模型，以系統中剩余能量最大化為目標構建目標函數，包括：

將收集的能量減去計算消耗的能量作為剩余能量，表達式為：

得到目標函數的表達式如下：

(P1):

s.t.C1:

C2:

C3:

C4:

C5:

C6:

C7:

其中，E^res(A,Fl,p,λ)表示剩余能量，U表示無線傳感設備的集合，表示無線傳感設備的最大計算能力，Fs表示邊緣計算服務器的最大計算能力。