[發(fā)明專利]一種聯(lián)合優(yōu)化計算卸載和資源分配的方法及裝置

有效

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• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113207136B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發(fā)明（設計）人: 許海濤;李倩倩;林福宏;周賢偉
• 申請（專利權(quán)）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

本發(fā)明公開了一種聯(lián)合優(yōu)化計算卸載和資源分配的方法及裝置，該方法包括：構(gòu)建協(xié)同無線供電邊緣計算的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的系統(tǒng)模型；以系統(tǒng)中的剩余能量最大化為目標構(gòu)建目標函數(shù)；其中，系統(tǒng)的計算卸載決策和資源分配策略作為變量，影響目標函數(shù)的值；基于鯨魚優(yōu)化算法和二進制鯨魚優(yōu)化算法，分別優(yōu)化資源分配策略和計算卸載決策來求解目標函數(shù)的最優(yōu)解，實現(xiàn)最優(yōu)的計算卸載決策和資源分配策略。本發(fā)明可以計算每個小型基站覆蓋范圍內(nèi)工業(yè)無線設備最大的剩余能量值，實現(xiàn)最優(yōu)的計算卸載和資源分配，減少能量消耗。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種聯(lián)合優(yōu)化計算卸載和資源分配的方法及裝置。

背景技術(shù)

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)即認知制造與工業(yè)4.0的結(jié)合，旨在打造智能化、自動化和無線設備相互感知，互聯(lián)互通的工業(yè)體系。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是物聯(lián)網(wǎng)在工業(yè)領(lǐng)域的應用，是提升智能制造水平的關(guān)鍵。部署在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的每個元素都可以與網(wǎng)絡連接，互相通信。由于各種無線傳感設備(Wireless Sensor Devices,WSDs)廣泛分布于工業(yè)環(huán)境中，這些設備被用來感知、監(jiān)視和控制周圍工業(yè)環(huán)境的事件狀態(tài)。同時，不斷生成的數(shù)據(jù)需要應用程序進行傳輸、存儲和處理。隨著無線傳輸技術(shù)的進步，所有的數(shù)據(jù)都將轉(zhuǎn)化為行動，通過對工業(yè)設備的綜合意識感知，靈活處理各種任務，促進效率的提高。為制造業(yè)、交通運輸、能源、城市、醫(yī)療等行業(yè)帶來極大便利。因此，未來將建立一個工業(yè)系統(tǒng)與最先進的信息技術(shù)相結(jié)合的智能工業(yè)生態(tài)系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)的爆炸式增長帶來計算和存儲難題，計算能耗較高和電池容量受限等問題日益突出，依靠邊緣計算和無線能量傳輸技術(shù)，能量供應得到解決，系統(tǒng)效用得到提升，因此工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)得以進一步發(fā)展。

邊緣計算將工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中無線傳感設備無法處理的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭吘壏掌魃嫌嬎悖鉀Q計算資源不足的問題。為了進一步縮短時延、減少能耗，如何進行合理的資源分配和計算卸載是一個需要考慮的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種聯(lián)合優(yōu)化計算卸載和資源分配的方法及裝置，以解決協(xié)同無線供電邊緣計算的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中合理的資源分配和計算卸載問題，實現(xiàn)協(xié)同無線供電邊緣計算的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的剩余能量最大化。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明提供了一種聯(lián)合優(yōu)化計算卸載和資源分配的方法，適用于協(xié)同無線供電邊緣計算的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，所述方法包括：

構(gòu)建協(xié)同無線供電邊緣計算的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的系統(tǒng)模型；其中，所述協(xié)同無線供電邊緣計算的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)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(tǒng)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(tǒng)模型，以系統(tǒng)中剩余能量最大化為目標構(gòu)建目標函數(shù)；其中，系統(tǒng)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(shù)的值；

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

進一步地，所述構(gòu)建協(xié)同無線供電邊緣計算的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的系統(tǒng)模型，包括：

構(gòu)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