[發明專利]一種基于博弈論的移動邊緣計算設備計算卸載方法

有效

• 申請號: 202310880594.9
• 申請日: 2023-07-18
• 公開（公告）號: CN116600348B
• 公開（公告）日: 2023-09-15
• 發明（設計）人: 白琳;韓瑞;于越;王佳星
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04W28/082
• 分類號: H04W28/082;H04W28/086;H04W28/084;G06N5/04
• 代理公司: 重慶拓尋知識產權代理事務所(普通合伙) 50313
• 代理人: 雷鈔

1.一種基于博弈論的移動邊緣計算設備計算卸載方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：在一個邊緣計算服務器，個用戶和個正交信道中，每個用戶選擇在本地執行計算任務，或將計算任務通過信道卸載到基站進行計算；

S2：在發射端采用功率控制以滿足在基站處的信噪比，計算用戶在每個時隙向基站發送的數據比特數；

S3：如果只有一個用戶選擇了信道，那么基站向用戶發送確認ACK信號；如果同時有多個用戶選擇同一信道進行卸載，則基站向每個用戶發送否定確認NACK信號，收到NACK的用戶在本地進行計算任務；

S4：計算用戶計算消耗的能量、完成計算任務消耗的時間，考慮用戶計算卸載時的能耗和時間消耗的綜合成本；

S5：計算卸載博弈的納什均衡，找到實現納什均衡的用戶策略；

S6：利用有效帶寬理論對卸載用戶的服務器排隊處理時延進行分析，根據估計的卸載的綜合成本決定自己的卸載概率，以實現整體的納什均衡；

步驟S4中，具體包括：

S41：令表示用戶的任務所需要的CPU計算周期數，表示每個CPU周期所要消耗的能量，且，其中是計算復雜度，是用戶計算設備所用芯片的效率因子，是用戶的計算速度；當用戶選擇計算卸載時，發送數據的功率消耗被看作能量消耗；當用戶選擇本地計算時，其能量消耗為；用戶計算消耗的能量為：

其中表示用戶的發射功率，表示時隙長度，表示用戶的決策，表示用戶選擇卸載，表示用戶選擇本地計算；

S42：將用戶完成計算任務消耗的時間作為計算成本來考慮，令表示用戶本地計算所需要的時間，由下式得到：

當用戶選擇卸載時，計算完成時間為：

其中表示信號反饋的時延，為服務器的計算時間，其小于本地計算時間；假設用戶在接收到NACK信號之后就直接進行本地計算，完整的計算時間由下式給出：

其中為發生碰撞的概率；基于此考慮用戶計算卸載時的能耗和時間消耗的綜合成本，即：

步驟S6具體包括以下步驟：

令表示服務器的計算速度，且服務器的計算速度遠大于用戶本地的計算速度，即；通過觀察服務器排隊隊列的狀態，確定真正的服務器完成時間；令表示服務器的計算時間，令表示服務器的完成時間；

令表示服務器需要計算的CPU輪次的隊列，隊列狀態表示為：

其中表示，是在時隙到達的計算任務總數，服務器在時隙的處理數量；為常數，且使隊列不會增長到無限長，表示對括號內元素求期望；

如果用戶選擇進行卸載且沒有發生碰撞，服務器的完成時間近似為：

用表示隊列穩態，為緩存門限，則緩存溢出概率表示為：

其中是與隊列狀態相關的常數，近似為1；是QoS指數，它代表用戶對時延要求，越大說明用戶對時延越敏感，越小說明用戶可容忍更長的時延，由下式求解得到：

其中就是有效帶寬，是到達過程的漸進對數矩生成函數，由下式給出：

用代表選擇卸載且沒有發生碰撞成功卸載的用戶集合，那么：

設卸載用戶數服從泊松分布，即，為泊松分布的均值，有效帶寬表示為：

其中表示正交信道的總數，，表示流量強度；

令表示各信道的狀態數，；和分別表示有0個和1個任務到達，表示有超過1個任務到達也就是有碰撞發生，且有，同時：

其中，，；對的最大似然估計為：

通過求解得到的最大似然估計；由此得到其時間平均值為：

其中為遺忘因子；令，即對流量強度的估計；由此得到有效帶寬的QoS指數的近似估計；令，則

基站服務器的完成時間為：

基于此，用戶根據估計的卸載的綜合成本決定自己的卸載概率，以實現整體的納什均衡。

2.根據權利要求1所述的基于博弈論的移動邊緣計算設備計算卸載方法，其特征在于：步驟S1中，假設有一個邊緣計算服務器以及個用戶，同時有個正交信道；個正交信道被當作用戶隨機接入的共享信道資源；用戶通過信道到達基站服務器的信道系數表示為；每個用戶選擇在本地執行計算任務，或者選擇將計算任務通過信道卸載到基站進行計算；用戶選擇具有最大信道增益的信道進行卸載，即：

其中。