[發明專利]基于D2D通信的多用戶計算卸載資源優化決策方法

有效

• 申請號: 202110762459.5
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN113518330B
• 公開（公告）日: 2022-11-11
• 發明（設計）人: 李余;楊婷;何希平;郭智威;晏力
• 申請（專利權）人: 重慶工商大學
• 主分類號: H04W4/70
• 分類號: H04W4/70;H04W72/04;G06F9/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明請求保護一種基于D2D通信的多用戶計算卸載資源優化決策方法，屬于移動通信技術領域。所述方法包括：1、建立基于D2D通信的數據通信模型；2、分別建立任務傳輸和任務執行階段包括時間和能量開銷的計算開銷模型；3、建立最小化整個系統所有用戶計算總開銷的全局優化問題；4、以計算總開銷的大小為排序依據建立雙邊用戶的偏好序列；5、基于建立的偏好序列，利用穩定匹配算法得到多用戶D2D計算卸載的資源優化決策。本發明基于D2D通信的計算卸載方法有利于降低卸載時延和能量開銷，利用穩定匹配算法得到計算卸載的資源優化決策，相較于隨機匹配法能夠有效降低系統計算總開銷，并且能夠以較低的計算復雜度獲得非常接近最優窮舉搜索法的性能。

技術領域

本發明涉及移動通信技術領域，特別是一種多用戶通過D2D通信進行計算卸載的資源優化決策方法，是一種能夠有助于改善移動通信網絡計算資源緊缺，同時降低計算卸載時延和能耗的資源優化決策方法。

背景技術

隨著第五代移動通信(Fifth Generation,5G)的發展和商用，越來越多的移動應用，如物聯網、增強現實、視頻流處理等，這類不僅需要高速數據傳輸并且要求強大計算資源的時延敏感的新應用正在迅速被廣泛普及。為了能夠足以支持這些對計算資源和時延有特殊需求的應用，移動邊緣計算(Mobile Edge Computing,MEC)應運而生。MEC是一種相當有潛力的新興5G服務方案，主要利用用戶鄰近的無線網絡邊緣設施或者大量的用戶端設備協作，代替遠端云計算來執行大量的通信和計算服務。與云計算相比，MEC能夠在網絡邊緣，即無線接入網端提供與云計算相當的能力，從而用戶能夠以較近的距離卸載其計算任務，實現低時延且靈活的計算和通信擴展服務。

針對用戶計算任務的卸載問題，大多數方法都集中于基于邊緣服務器的MEC網絡資源管理，即在考慮無線通信和移動計算準則下，用戶可將計算任務卸載至網絡邊緣高速的計算服務器。MEC網絡中僅利用邊緣服務器的計算卸載，雖然能夠使移動網絡的計算性能在一定程度上得到提升，但基站端邊緣服務器有限的計算資源并不能一直足以支持其覆蓋范圍內的所有移動設備。并且由于用戶在網絡中分布的隨機性，尤其是對于分布在小區邊緣的用戶而言，基站端的邊緣服務器與用戶之間的距離可能會較遠，從而導致較長的卸載時延。為了彌補MEC網絡中的這些不足和挑戰，將允許終端之間無需經過基站而直接進行通信的終端直通(Device-to-Device,D2D)融入MEC網絡，利用D2D通信輔助用戶計算任務卸載是一個值得關注的解決方法。

網絡中大量不同種類的設備，如物聯網設備、智能手機、平板電腦等，它們多樣化的計算能力以及復用增益可以被利用來支持多種服務的協作計算任務執行。通過用戶間協作進行計算卸載時，卸載距離的明顯減少是通常被忽視的一個關鍵。從無線通信角度考慮，發送距離短就能以較低的功率消耗獲得較高的數據傳輸速率，從而當用戶間短距離進行任務卸載時就能夠減少卸載時延和能量消耗。考慮到D2D卸載的優勢，基于D2D通信輔助的卸載決策方法受到關注，但目前大多數D2D輔助的計算卸載決策其算法的計算復雜度都非常高，并且優化目標以最小化時延為單一目標居多，但D2D設備的能耗也是需要考慮的重點，還有一些方法僅僅只是利用了D2D卸載的概念，設備間通信仍然是采用蜂窩通信。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是將D2D通信與D2D卸載融入MEC網絡形成D2D-MEC網絡，在最小化系統計算總開銷的基礎上進一步降低用戶的卸載時延和能耗。通過對計算任務在D2D傳輸和執行階段的時延和能耗開銷建模，以最小化包括時延和能耗的系統計算總開銷為優化目標，將多用戶計算任務卸載和多用戶計算資源分配問題，建模為最小化系統計算總開銷的整數規劃問題，然后將求解該問題看作是一個D2D配對過程，利用穩定匹配算法提供一種基于D2D通信的多用戶計算卸載資源優化決策方法，迭代求解D2D卸載的優化分配決策，以較低的復雜度實現系統計算總開銷的最小化并提升用戶體驗。