一种基于NOMA的移动边缘计算网络高效资源分配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种基于NOMA的移动边缘计算网络高效资源分配方法，在存在恶意窃听者的上行NOMA‑MEC网络中，两个用户利用同一资源块同时将部分计算任务卸载到AP处，对两个用户进行最佳的计算和通信资源分配，以最大程度地减少加权和的能量消耗；与此同时，考虑安全卸载约束、计算时延约束和安全中断概率约束，并将安全中断概率作为评价指标以评估NOMA‑MEC网络的安全卸载性能，并且，以牺牲一定卸载速率的方式引入冗余信息，从而达到对抗窃听并增强任务卸载安全性的目的。本发明专利技术在保证用户计算任务被快速处理的同时提高了系统的频谱及能量利用率，显著降低了能耗和安全中断概率，进而降低了任务卸载过程中被恶意窃听的风险，使得系统整体的服务质量得到有效提升。

An efficient resource allocation method for mobile edge computing network based on noma

【技术实现步骤摘要】
一种基于NOMA的移动边缘计算网络高效资源分配方法
本专利技术属于通信
，具体涉及一种基于NOMA的移动边缘计算网络高效资源分配方法。
技术介绍
随着智能便携设备的飞速发展，大量新兴的应用对密集计算和时延提出了愈发严格的要求。在此情况下，对具有功率约束和规格约束的产品提供理想的服务便成为一项具有挑战的任务。为攻克这些难题，移动边缘计算(MEC)和非正交多址接入(NOMA)被认为是物联网中十分有前景的两项技术。分布式的MEC服务器部署在终端设备旁，以便终端设备给MEC卸载部分计算任务。因此，MEC能像云计算一样，为具有小型低功耗的终端设备提供服务，且具有一定的成本效益和低时延优势。在下一代5G网络中，作为关键技术的NOMA，通过研发先进的接收设计(例如叠加编码和连续干扰消除)，利用多路访问机制，比正交多址接入技术(OMA)具有了更高效的频谱利用效率。由于NOMA技术在频谱利用上的优势性，将NOMA技术应用到MEC引起了人们广泛的关注。另一方面，由于无线传播的性质，设备卸载计算任务到接入点(AP)的时候容易在无线信道上受到非法攻击，导致信息泄露。因此，设计性能优良的MEC时，需要考虑安全指标。普遍认为，物理层安全能够有效地的保护信息安全。如果合法用户获知窃听通道的通道状态信息(CSI)，就可以保证完美的安全数据传输。然而，据我们所知，目前仍然缺乏关于NOMA辅助的安全卸载的研究，以进一步扩展NOMA的应用并更好地保证MEC卸载安全性。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术提出一种一种基于NOMA的移动边缘计算网络高效资源分配方法，在安全卸载速率、计算时延和安全中断概率受约束的情况下，将用户的加权总能耗降至最低。
技术实现思路
：本专利技术所述的一种基于NOMA的移动边缘计算网络高效资源分配方法，具体包括以下步骤：(1)在基于NOMA的移动边缘计算网络系统中，配备一个上行NOMA通讯系统，一个外部窃听者，而有K>1个用户可以将计算密集型任务卸载到一个AP上(集成MEC服务器)；所有的节点都配有单天线，用k表示第k∈{1,…,K}个用户，无线信道采用频率非选择性准静态块衰落模型，在一个微元变量T内，传输块的信道保持不变，用户k到AP和用户k到窃听者之间的信道系数分别用和在多个衰落作用下，AP只能够知道窃听者的平均信道增益dAP,k和de,k分别代表用户k到AP的距离和用户k到窃听者的距离,α代表路径损耗指数，是归一化瑞利衰落信道状态；(2)在OMA-MEC中，每个用户被固定分配专用时间/频率资源来向MEC服务器卸载任务；(3)在满足计算时延约束的情况下，保持不同的CPU周期的的频率fk,i一致，表示出用户的本地消耗能量；(4)使用广泛接受的威纳安全解码方案安全的将上行用户的信息解码，以牺牲一定卸载速率的方式引入冗余信息，达到对抗窃听并增强任务卸载安全性的目的；(5)保证计算任务的时延约束和安全卸载，通过关注上行用户的加权和能耗最小化追求高效能源NOMA-MEC的设计。进一步地，所述步骤(2)实现过程如下：在OMA-MEC中，每个用户被固定分配专用时间/频率资源来向MEC服务器卸载任务，通过运用NOMA的原理，所有的用户可以在同一时间和频率上卸载它们的任务，在一个变量T内，每个用户k可以执行一个总数为Lk＞0的输入任务；考虑部分卸载的模式，是本地输入计算任务，故是安全卸载到AP的比特量，假设有m、n两个用户，在同一个时间段服务，AP接受信号和窃听者接受的信号分别表示为：其中，sk指用户k承担任务信号，pk指所相关传输功率，nAP和ne分别是在AP的方差σAP2零均值化加性高斯白噪声和在窃听者的方差σe2零均值化加性高斯白噪声；在AP接受的SINRs用来解码用户n和m的信息分别是：ΓAP，m＝γAP,mpm这里若窃听者在解码出上行用户的信息之前就消除了上行用户的干扰，在窃听者接受到的SINR的信息：Γe,k＝γe,kplo，k∈{m,n},这里每个用户能量损耗来自两部分，一部分来自卸载计算任务给MEC服务器，另外一部分来自电路消耗，总的能量消耗为：这里pc,k＞0是用户k固定的电路消耗。进一步地，所述步骤(3)通过以下公式实现：其中，ck表示用户k计算一比特的输入计算任务所需要的CPU的周期k∈{m,n}，计算的输入计算任务需要总的计算周期为fk,i为不同的CPU周期的频率，此处频一致，指有效电容系数，大小取决于用户k的芯片架构。进一步地，所述步骤(4)实现过程如下：使用威纳的安全解码方案将上行用户的信息解码，以速率为代价，引入冗余的信息，每个用户冗余信息速率Re,k用正的速率差Re,k＝Rt,k-Rs,k表示，其中Rt,k为码字传输速率，Rs,k为机密传输速率，用表示保密终端概率，对于用户k，如果Ce,k超过Rt,k-Rs,k，就发生保密中断事件，卸载的信息可以被窃听者解码，CAP,k＝log2(1+ΓAP,k)指的是AP信道容量所能解码sk。进一步地，所述步骤(5)实现过程如下：联合优化本地计算的比特数，功率分配Pk，上行用户的码字传输速率Rt,k和保密传输速率Rs,k：数学上，加权能耗最小化问题可以描述为这里指的是任务分区矢量，p＝[pm,pn]指的是功率分配矢量，Rt＝[Rt,m,Rt,n]指码字传输速率矢量，Rs＝[Rs,m,Rs,n]指机密数据传输速率矢量，αk＞0指的是用户k的能量加权，B指系统带宽，CAP,k＝log2(1+ΓAP,k)指的是AP信道容量所能解码sk，0＜ε＜1指的是最大安全中断概率，指最大本地计算任务比特数，这个是由用户k的CPU的最大频率和计算时延严格限制；问题(P1)的决定性变量的最佳解决应该满足重新引出关于非凸的安全中断概率约束(1e)的引理:这里利用(2)(3)和(4)，如果满足(1e)，那(1d)也总是满足，问题(P1)可以简化成：有益效果：与现有技术相比，本专利技术的有益效果：在保证用户计算任务被快速处理的同时提高了系统的频谱及能量利用率，显著降低了能耗和安全中断概率，进而降低了任务卸载过程中被恶意窃听的风险，使得系统整体的服务质量得到有效提升。附图说明图1为本专利技术的基于NOMA的移动边缘计算系统模型图；图2为本专利技术中两个用户的平均能耗和与每个用户计算输入的关系图；图3为本专利技术中两个用户平均能耗总和与每个用户与窃听者的距离关系图；图4为本专利技术中两个用户平均能耗总和与安全中断概率关系图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步描述，但本专利技术的实施不仅限于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于NOMA的移动边缘计算网络高效资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)在基于NOMA的移动边缘计算网络系统中，配备一个上行NOMA通讯系统，一个外部窃听者，而有K>1个用户可以将计算密集型任务卸载到一个AP上(集成MEC服务器)；所有的节点都配有单天线，用k表示第k∈{1,…,K}个用户，无线信道采用频率非选择性准静态块衰落模型，在一个微元变量T内，传输块的信道保持不变，用户k到AP和用户k到窃听者之间的信道系数分别用

【技术特征摘要】
1.一种基于NOMA的移动边缘计算网络高效资源分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在基于NOMA的移动边缘计算网络系统中，配备一个上行NOMA通讯系统，一个外部窃听者，而有K>1个用户可以将计算密集型任务卸载到一个AP上(集成MEC服务器)；所有的节点都配有单天线，用k表示第k∈{1,…,K}个用户，无线信道采用频率非选择性准静态块衰落模型，在一个微元变量T内，传输块的信道保持不变，用户k到AP和用户k到窃听者之间的信道系数分别用和在多个衰落作用下，AP只能够知道窃听者的平均信道增益dAP,k和de,k分别代表用户k到AP的距离和用户k到窃听者的距离,α代表路径损耗指数，是归一化瑞利衰落信道状态；
(2)在OMA-MEC中，每个用户被固定分配专用时间/频率资源来向MEC服务器卸载任务；
(3)在满足计算时延约束的情况下，保持不同的CPU周期的的频率fk,i一致，表示出用户的本地消耗能量；
(4)使用广泛接受的威纳安全解码方案安全的将上行用户的信息解码，以牺牲一定卸载速率的方式引入冗余信息，达到对抗窃听并增强任务卸载安全性的目的；
(5)保证计算任务的时延约束和安全卸载，通过关注上行用户的加权和能耗最小化追求高效能源NOMA-MEC的设计。


2.根据权利要求1所述的一种基于NOMA的移动边缘计算网络高效资源分配方法，其特征在于，所述步骤(2)实现过程如下：
在OMA-MEC中，每个用户被固定分配专用时间/频率资源来向MEC服务器卸载任务，通过运用NOMA的原理，所有的用户可以在同一时间和频率上卸载它们的任务，在一个变量T内，每个用户k可以执行一个总数为Lk＞0的输入任务；考虑部分卸载的模式，lk是本地输入计算任务，故Lk-lk是安全卸载到AP的比特量，假设有m、n两个用户，在同一个时间段服务，AP接受信号和窃听者接受的信号分别表示为：






其中，sk指用户k承担任务信号，pk指所相关传输功率，nAP和ne分别是在AP的方差σAP2零均值化加性高斯白噪声和在窃听者的方差σe2零均值化加性高斯白噪声；
在AP接受的SINRs用来解码用户n和m的信息分别是：



ΓAP，m＝γAP,mpm
这里
若窃听者在解码出上行用户的信息之前就消除了上行用户的干扰，在窃听者接受到的SINR的信息：
Γe,k＝γe,kplo，k∈{m,n},
这里
每个用户能量损耗来自两部分，一部分来自卸载计算任务给MEC服务器，另外一部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡冰，孙知信，孙哲，陈松乐，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32