[發(fā)明專利]一種服務(wù)感知的資源優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210083725.6
• 申請日: 2022-01-20
• 公開（公告）號: CN114423021B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳大鵬;胡宇;張鴻;李職杜;王汝言;鐘艾玲
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: H04W16/22
• 分類號: H04W16/22;H04W24/02;H04W28/16;H04W28/20;H04W72/53
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

1.一種服務(wù)感知的資源優(yōu)化方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：確定應(yīng)用的最大數(shù)據(jù)時(shí)延容忍度和應(yīng)用數(shù)據(jù)速率大小，確定物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量、時(shí)隙的長度以及系統(tǒng)的總帶寬；

S2：系統(tǒng)模型：確定物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通過無線能量傳輸技術(shù)獲得的能量E_k，假設(shè)收集到的能量全部用于地計(jì)算的能量消耗和任務(wù)卸載的能量消耗，則分配給將本地計(jì)算和任務(wù)卸載的能量分別是和根據(jù)能量分配情況，得到本地計(jì)算的時(shí)延和任務(wù)卸載的時(shí)延從而根據(jù)有效容量理論構(gòu)建與時(shí)延指數(shù)和應(yīng)用的最大時(shí)延容忍度兩個指標(biāo)有關(guān)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延違反概率問題模型；

S3：求解時(shí)延指數(shù)：在給定系統(tǒng)時(shí)間分配的情況下，給定固定物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備a的任務(wù)卸載比β_a來求該物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的時(shí)延指數(shù)θ_a；

S4：確定最優(yōu)任務(wù)和資源分配：基于步驟S3得到的時(shí)延指數(shù)θ_a，求得最優(yōu)的任務(wù)分配，從而確定帶寬分配和本地計(jì)算資源分配，進(jìn)而求得能量分配，如果帶寬分配滿足最優(yōu)分配，則進(jìn)行步驟S5，否則返回步驟S3來更新任務(wù)卸載比β_a，進(jìn)而更新時(shí)延指數(shù)θ_a，以獲取下一輪的任務(wù)和資源分配；

S5：確定系統(tǒng)時(shí)間分配：如果物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行能量收集的時(shí)間未超過該時(shí)隙的最大時(shí)間，則返回步驟S3，更新能量收集時(shí)間，進(jìn)而更新任務(wù)卸載比β_a進(jìn)行新一輪的任務(wù)分配，否則整個資源分配過程結(jié)束；

所述步驟S2具體包括以下步驟：

S21：忽略背景噪聲對能量收集的影響，則物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備U_k在第i個時(shí)間塊的射頻RF能量表示為：

式中的p₀表示PS的發(fā)射功率；d_k表示由于PS和U_k之間的小尺度衰落所導(dǎo)致的信道增益；是PS和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備U_k之間的路徑損耗，它取決于PS和U_k之間的距離；

得到U_k在第i個時(shí)間塊中收集到的DC能量：

式中，η_k表示電路能夠達(dá)到的最大能量效率，s_k和c_k分別表示電路靈敏度和漏電流；得到U_k在第i個時(shí)間塊中收集到的能量：

S22：將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備U_k在第i個時(shí)間塊調(diào)度的本地CPU周期數(shù)記為其不能超過物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的最大CPU周期數(shù)

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備U_k在第i個時(shí)間塊的本地計(jì)算時(shí)延和本地計(jì)算能耗分別表示為：

式中，ρ表示每比特CPU周期數(shù)，β_k表示物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備U_k的任務(wù)卸載比，κ是取決于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的CPU硬件條件的能量參數(shù)；

S23：U_k的傳輸功率p_k(i)為：

以B_k表示物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備U_k卸載任務(wù)占用的帶寬，則物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備U_k在第i個時(shí)間塊的數(shù)據(jù)傳輸速率用香農(nóng)公式獲得：

式中，h_k表示U_k和RRH之間的信道增益；為U_k與RRH之間的路徑損耗；N₀為高斯白噪聲的功率譜密度；

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備U_k在第i個時(shí)間塊的任務(wù)卸載時(shí)延和任務(wù)卸載能耗分別表示為：

S24：U_k的有效容量表示為：

式中，E[·]為期望函數(shù)，θ_k為U_k的延遲指數(shù)，C_k(θ_k)是隨著延遲指數(shù)θ_k的增加而單調(diào)遞減的；

對于延遲要求D_max，將第k個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的時(shí)延違反概率表示為：

式中，Pr{Q_k＞0}表示穩(wěn)定狀態(tài)下第k個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備緩沖區(qū)Q_k非空的概率；假設(shè)緩沖區(qū)Q_k始終是非空狀態(tài)，即Pr{Q_k＞0}＝1；第k個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可支持的最大源速率為β_kλ_k＝C(θ_k)；

S25：網(wǎng)絡(luò)時(shí)延違反概率Pr{D＞D_max}等于對應(yīng)所有物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的最大LVP，任務(wù)和資源聯(lián)合分配問題建模如下：

所述步驟S3具體包括以下步驟：

S31：證明對于當(dāng)本地計(jì)算時(shí)延等于任務(wù)卸載時(shí)延時(shí)，總會得到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)LVP；

S32：證明隨著時(shí)延指數(shù)θ_k的增加，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的LVP逐漸減小，如下式表達(dá)：

S33：對于數(shù)據(jù)速率要求為β_aλ_a的任意物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，根據(jù)β_kλ_k＝C(θ_k)和有效容量理論構(gòu)造函數(shù)f₁(θ_a)來求解θ_a的最優(yōu)解；f₁(θ_a)表示如下：

所述步驟S4具體包括以下步驟：

S41：證明當(dāng)最優(yōu)任務(wù)分配為{β₁,...,β_K}時(shí)，對于總是會有：Pr{D_n＞D_max}＝Pr{D_m＞D_max}；

S42：結(jié)合步驟S41將原始的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延違反概率問題轉(zhuǎn)換成下式：

C7:Pr{D_n＞D_max}＝Pr{D_m＞D_max}

S43：根據(jù)步驟S41可知，當(dāng)一個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的任務(wù)卸載比為β_a時(shí)，其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的任務(wù)卸載比β_k通過ΔPr(a)＝ΔPr(k)求得，ΔPr(k)的表達(dá)式如下所示：

從而構(gòu)造函數(shù)f₂(θ_k)來求解θ_k的最優(yōu)解，函數(shù)f₂(θ_k)表達(dá)式如下所示：

S44：根據(jù)步驟S43獲得的通過公式計(jì)算出相應(yīng)的任務(wù)卸載比進(jìn)而根據(jù)公式求得帶寬分配同時(shí)根據(jù)公式求得本地計(jì)算資源分配通過公式和求得能量分配

S45：當(dāng)分配給每個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的帶寬之和∑B^*沒有超過系統(tǒng)總帶寬，則執(zhí)行步驟S46，若超過則停止帶寬分配，此時(shí)的帶寬分配即為最優(yōu)的帶寬分配，對應(yīng)的任務(wù)分配即為最優(yōu)的任務(wù)分配；

S46：更新β_a的值，根據(jù)步驟S33中的計(jì)算公式計(jì)算時(shí)延指數(shù)θ_a的最優(yōu)解，根據(jù)步驟S43的公式求解θ_k的最優(yōu)解，然后根據(jù)公式計(jì)算出相應(yīng)的任務(wù)卸載比進(jìn)而分別根據(jù)公式和求得帶寬分配和本地計(jì)算資源分配進(jìn)而根據(jù)和求得能量分配

S47：只要分配給每個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的帶寬之和∑B^*沒有超過系統(tǒng)總帶寬，就繼續(xù)更新β_a的值，直到找到最優(yōu)的任務(wù)分配、帶寬分配、本地計(jì)算資源分配和能量分配。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的服務(wù)感知的資源優(yōu)化方法，其特征在于：所述步驟S5具體包括以下步驟：

S51：給定應(yīng)用的最大時(shí)延容忍度D_max，精準(zhǔn)參數(shù)ε_τ；

S52：當(dāng)分配給物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備用于能量收集的時(shí)間未超過時(shí)隙的最大長度，則執(zhí)行步驟S53，否則停止能量收集時(shí)間更新，找到歷史能量收集時(shí)間分配下的最優(yōu)任務(wù)分配；

S53：更新能量收集的時(shí)間根據(jù)步驟S46找到最優(yōu)的任務(wù)分配；

S54：只要分配給物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備用于能量收集的時(shí)間未超過時(shí)隙最大長度，就繼續(xù)更新能量收集時(shí)間，直到找到滿足能量收集時(shí)間要求下的最優(yōu)任務(wù)分配；

S55：將步驟S54得到的結(jié)果帶入公式和β_kλ_k＝C(θ_k)求得此時(shí)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延違反概率；

S56：找到最小的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延違反概率值即為最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延違反概率，輸出此時(shí)對應(yīng)的最優(yōu)任務(wù)分配、帶寬分配、本地計(jì)算資源分配和能量分配以及最優(yōu)的系統(tǒng)時(shí)間分配。