基于雾计算和协作通信网络的负载均衡方法技术

本发明专利技术涉及一种基于雾计算和协作通信网络的负载均衡方法，包括：(a)获取过载小区；(b)获取所述过载小区内的转移用户；(c)获取所述转移用户的被转移小区；(d)获取最终执行任务的用户；(e)获取所述转移用户的任务转移方式；(f)将所述转移用户的任务转移到最终执行任务用户进行传送和执行。本发明专利技术实施例，通过综合考虑时延和用户的能耗给出一种较优的负载均衡方法，提高了用户的应用体验和系统性能，降低了系统整体能耗和时延。

Load balancing method based on fog computing and cooperative communication network

The present invention relates to a load balancing method based on fog computing and cooperative communication networks, including: (a) obtaining an overload cell; (b) obtaining a transfer user within the overloaded cell; (c) obtaining the transferred cell of the transferred user; (d) obtaining the user of the final execution task; (E) obtaining the transfer mode of the transferred user. (f) transfer the tasks of the transferred user to the final execution task, and the user transmits and executes. In the case of the invention, a better load balancing method is given by considering the time delay and the energy consumption of the user, which improves the user's application experience and system performance, and reduces the overall energy consumption and delay of the system.

【技术实现步骤摘要】
基于雾计算和协作通信网络的负载均衡方法
本专利技术属于移动通信
，具体涉及一种基于雾计算和协作通信网络的负载均衡方法。
技术介绍
随着移动通信技术的发展，数据量的爆炸式增长，用户对于数据传输速率的需求越来越高，近几年，云计算快速发展，大量数据的计算和存储在“云端”进行，这样就解决了目前智能手机等设备存储量不足，计算能力低下的问题。然而，数据量呈指数型增长，如果还是完全依靠云计算，大量的数据通过远程服务器来处理，然后将处理结果反馈给设备，传输时间和反馈的时间将会使得数据处理的效率大大降低。雾计算可以使这一问题得到缓解，雾计算不依赖于远程服务器，它更接近网络边缘，与云计算相比更加靠近本地设备，链路距离短的多，所以传输时间变得更短，缓解了云计算大量数据处理效率问题。同时，移动通信的发展，无线用户的数量也呈指数型增长，使得频谱资源变得愈发紧张。D2D(DevicetoDevice)通信是一种在系统的控制下，允许终端之间通过复用小区资源直接进行通信的新型技术，在一定程度上解决无线通信系统频谱资源匮乏的问题。随着移动用户数的爆炸式增长，导致蜂窝小区内用户分布越来越密集。这就要求更高的传输速率和通信质量。无线通信网络中的衰落现象和用户的移动性致使通信环境变差。同时蜂窝小区间负载不均衡，造成了有些小区高负载，即热点小区，热点小区里的用户过多，导致资源不够用，用户服务质量变差。而有些小区负载过低，这一类小区中用户少，所占用的资源少，造成了大量资源的闲置。负载均衡在于减轻高负载小区的负载，提高低负载小区资源利用率。到目前为止，国内外研究机构对此进行了大量的研究，然而这些研究大都集中在提升宏小区系统容量。现有的方案存在着问题：对任务调度时存在着计算资源浪费问题，且微小区也存在着过载问题。对于这一问题虽然也有着解决方案，但是这些方案仍然有着进一步提升的空间。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于雾计算和协作通信网络的负载均衡方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种基于雾计算和协作通信网络的负载均衡方法，包括如下步骤：(a)获取过载小区；(b)获取所述过载小区内的转移用户；(c)获取所述转移用户的被转移小区；(d)获取所述转移用户的执行任务用户；(e)获取所述转移用户的任务转移方式；(f)根据所述任务转移方式将所述转移用户的任务转移到所述执行任务用户以完成任务的传送和执行。在本专利技术的一个实施例中，步骤(b)包括：(b1)计算所述过载小区的过载用户数；(b2)根据所述过载用户数获取所述转移用户。在本专利技术的一个实施例中，所述过载用户数满足如下公式：其中，nv代表所述过载小区的过载用户数，Uv表示所述过载小区内总用户数。在本专利技术的一个实施例中，步骤(b2)包括：(b21)根据通信距离将所述过载小区的用户划分为中心用户和边缘用户；(b22)若所述过载用户数小于等于边缘用户数，则所述转移用户从所述边缘用户中选择；否则，所述转移用户从所述边缘用户中选择后再从所述中心用户中选择。在本专利技术的一个实施例中，步骤(c)包括：(c1)根据所述负载值对所述过载小区的邻小区进行排序得到第一小区队列；(c2)将所述第一小区队列中处于过载状态的小区和满载状态的小区去除得到第二小区队列；(c3)去除若发生转移后所述第二小区队列中成为过载状态和满载状态的小区得到第三小区队列；(c4)在所述第三小区队列中选择通信距离最近、负载最低的小区作为所述被转移小区。在本专利技术的一个实施例中，步骤(e)包括：获取用户设定的任务转移优先级，判断所述任务转移优先级是否为中继用户，若是，则选择最优中继用户；若否，则所述任务转移优先级为中继基站，则选择最优中继基站。在本专利技术的一个实施例中，选择最优中继用户包括：(x1)根据第一通信距离约束获得第一中继用户队列；(x2)根据所述第一中继用户队列中用户的第一可用计算资源量约束获得第二中继用户队列；(x3)根据所述第二中继用户队列和权衡公式获得所述最优中继用户，其中，所述权衡公式满足：其中，Ti表示所述转移用户i完成任务执行的时延，V表示大于0的权衡参数，Zi(t)表示所述转移用户i的任务执行的能耗。在本专利技术的一个实施例中，所述第一通信距离约束满足：所述转移用户与所述中继用户的通信距离小于等于20米。在本专利技术的一个实施例中，第一可用计算资源量约束满足：所述中继用户当前被占用的计算资源量小于等于80％。在本专利技术的一个实施例中，选择最优中继基站，包括：(y1)获取所述转移小区的相邻中继基站；(y2)根据所述相邻中继基站到所述转移用户的通信距离获得第一中继基站队列；(y3)去除所述第一中继基站队列中的满载状态的中继基站和过载状态的中继基站得到第二中继基站队列；(y4)选择所述第二中继基站队列中到所述转移用户的通信距离最短的中继基站作为所述最优中继基站。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术提出了一种基于雾计算和协作通信网络的负载均衡方法，综合考虑时延和用户的能耗给出一种较优的负载均衡方法，提高了用户的应用体验和系统性能，降低了系统整体能耗和时延。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于雾计算和协作通信网络的负载均衡方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种基于雾计算和协作通信网络的负载均衡方法的工作原理示意图；图3为本专利技术实施例提供的权衡公式不同参数V对应的任务时延和能耗对比示意图；图4为本专利技术实施例提供的不同中继用户位置与功耗关系示意图；图5为本专利技术实施例提供的不同负载均衡策略下任务执行能耗对比示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1为本专利技术实施例提供的一种基于雾计算和协作通信网络的负载均衡方法的流程示意图。(a)获取过载小区；(b)获取所述过载小区内的转移用户；(c)获取所述转移用户的被转移小区；(d)获取最终执行任务的用户；(e)获取所述转移用户的任务转移方式；(f)将所述转移用户的任务转移到最终执行任务用户进行传送和执行。本专利技术实施例提出了一种基于雾计算和协作通信网络的负载均衡方法，综合考虑时延和用户的能耗给出一种较优的负载均衡方法。实施例二请继续参考图1，本实施例在上述实施例的基础上，重点对基于雾计算和协作通信网络的负载均衡方法进行详细描述。具体地，该方法包括以下步骤：步骤1、计算小区的负载情况，获取过载小区；基站受信任的获取覆盖范围内所有小区的负载情况，其中负载为小区已用的物理资源块(PRBS)与总物理资源块的比值。所述负载表示为：其中，ρv代表小区v的参考负载，表示小区v的总物理资源块，Uv＝{1,2,…,u}表示小区v内用户集合，Mi表示用户i的任务占用的物理资源块，Di为用户i申请业务的速率，R(SINRi)为每个资源块能够提供业务的传输速率。根据公式(1)可以确定所述小区v的负载情况，判断小区v是否为热点小区，即过载小区，判断方式如下：如果ρv≥1，说明小区v为过载小区，需要对小区v进行负载均衡。进一步地，在获取小区v的负载情况下，不同负载情况的小区处理方法不同，具体包括：对于ρv≥1，需要计算出小区v内的过载用户数和转移用户，将转移用户需要执行的任务或传输的数据转移到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于雾计算和协作通信网络的负载均衡方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)获取过载小区；(b)获取所述过载小区内的转移用户；(c)获取所述转移用户的被转移小区；(d)获取所述转移用户的执行任务用户；(e)获取所述转移用户的任务转移方式；(f)根据所述任务转移方式将所述转移用户的任务转移到所述执行任务用户以完成任务的传送和执行。

【技术特征摘要】
1.一种基于雾计算和协作通信网络的负载均衡方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)获取过载小区；(b)获取所述过载小区内的转移用户；(c)获取所述转移用户的被转移小区；(d)获取所述转移用户的执行任务用户；(e)获取所述转移用户的任务转移方式；(f)根据所述任务转移方式将所述转移用户的任务转移到所述执行任务用户以完成任务的传送和执行。2.根据权利要求1所述的负载均衡方法，其特征在于，步骤(b)包括：(b1)计算所述过载小区的过载用户数；(b2)根据所述过载用户数获取所述转移用户。3.根据权利要求2所述的负载均衡方法，其特征在于，所述过载用户数满足如下公式：其中，nv代表所述过载小区的过载用户数，Uv表示所述过载小区内总用户数。4.根据权利要求3所述的负载均衡方法，其特征在于，步骤(b2)包括：(b21)根据通信距离将所述过载小区的用户划分为中心用户和边缘用户；(b22)若所述过载用户数小于等于边缘用户数，则所述转移用户从所述边缘用户中选择；否则，所述转移用户从所述边缘用户中选择后再从所述中心用户中选择。5.根据权利要求4所述的负载均衡方法，其特征在于，步骤(c)包括：(c1)根据所述负载值对所述过载小区的邻小区进行排序得到第一小区队列；(c2)将所述第一小区队列中处于过载状态的小区和满载状态的小区去除得到第二小区队列；(c3)去除若发生转移后所述第二小区队列中成为过载状态和满载状态的小区得到第三小区队列；(c4)在所述第三小区队列中选择通信距离最近、负载最低的小区作为所述被转移小区。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：江帆，魏景章，黄冠，康敏，袁增，张欢，张兰，王弘林，任豪，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61