一种基于部分重叠信道的频谱和运算资源联合优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于部分重叠信道的频谱和运算资源联合优化方法，在无线通信网络中，有运算需求的终端用户可将部分或全部需要处理的数据通过部分重叠信道卸载给周边性能较高或空闲的帮助者进行协助处理。本发明专利技术将用户和帮助者之间的关联关系与用户的卸载信道和卸载比例相耦合，通过灵活调整配对关系将差异化的数据处理需求与有限的运算资源更好适配，提升了全网运算资源利用率；此外，利用信道的重叠特性，使用户在相同带宽的情况下有更多可接入信道，降低了同信道干扰的发生概率，提高了用户传输速率，并极大提升了频谱利用率。并极大提升了频谱利用率。并极大提升了频谱利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于部分重叠信道的频谱和运算资源联合优化方法


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种基于部分重叠信道的频谱和运算资源联合优化方法。

技术介绍

[0002]移动边缘计算技术近年来被广泛应用于无线通信网络中。该技术使得有运算需求的终端（用户）能够将部分或全部需要处理的数据卸载给周边性能较高或空闲的终端（如内嵌在基站内的服务器、无数据处理任务的D2D设备等，统称为帮助者）进行协助处理，从而用较少的能耗或较短的时延获取较高的任务完成度或用户满意度。
[0003]现有相关工作大多假设每个用户有专用的帮助者，即用户仅能将数据卸载给与其关联的基站，或与其配对的D2D设备。基于此类工作方法，由于用户无法调整卸载对象，仅能通过决策卸载给帮助者的数据量来均衡运算资源和数据处理需求，因此存在全网运算资源利用不灵活和不充分的情况，导致运算资源总体利用率和用户满意度难以得到进一步优化。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种可行的部分重叠信道、卸载比例和帮助者选择联合优化方法，以充分利用网络中的频谱和运算资源，使得用户在给定时间内完成数据处理任务的同时，全网用户和帮助者的总能耗最低。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种基于部分重叠信道的频谱和运算资源联合优化方法，该方法包括以下步骤：步骤1：网络中有N个用户有数据处理需求，构成集合N={1,
…
,N}，集合中任一用户需要处理的数据量为b，需要的处理器运算周期数为c；网络中有M个帮助者能够提供数据处理服务，构成集合M={1,
…
,M}；网络中有K个部分重叠信道，构成集合K={1,
…
,K}；信道带宽为B，信道距离为
△
；全网用户均需要在T时间内完成数据处理；工作时，任一用户进行本地运算，或者通过部分重叠信道卸载部分数据给帮助者，再由帮助者进行远端运算，同时该用户全程对剩余数据进行本地运算；步骤2： 初始化状态下，为每个用户随机分配一个卸载比例β（0）、卸载信道k（0）和帮助者m（0），k∈K，m∈M，且各用户选择的帮助者互斥，即每个帮助者只能服务一个用户；步骤3：控制中心对网络中用户选择的卸载比例、卸载信道和帮助者进行更新，过程如下：在第d（d≥1）次迭代中，控制中心随机选择一个用户n，n∈N进行策略更新，获取更新前全网用户和帮助者的能耗e（S
n
，S
‑
n
）；其中：S
n
表示用户n的联合策略，S
n
=（β
n
，k
n
，m
n
），S
‑
n
表示用户n以外所有用户的策略集合；更新用户n的策略，其他用户保持当前策略不变，获取此时全网用户和帮助者的能耗e（S
´
n
，S
‑
n
）；
其中，用户n进行更新的策略为：随机尝试一个联合策略S
´
n =（β
´
n
，k
´
n
，m
´
n
）,其中，β
´
n
为任一卸载比例，β
´
n ∈[0,1]；k
´
n 为任一卸载信道，k
´
n ∈K；m
´
n
为任一空闲帮助者，m
´
n
∈V n
，V n
表示用户n能够选择的空闲帮助者集合即当前未被其他用户选择的帮助者的集合；若e（S
´
n
，S
‑
n
）≤e（S
n
，S
‑
n
），则用户n的联合策略更新为S
´
n
，否则保持当前联合策略S
n
不变。
[0006]进一步地，所述的步骤3中，全网用户和帮助者的更新前能耗e（S
n
，S
‑
n
）和更新后能耗e（S
´
n
，S
‑
n
）均为：对应策略中全网用户和帮助者消耗的总能量；其中，i表示用户的编号，用户i消耗的能量为：e
i
=e
ilocal + e
ioffload
+ e
miremote
，e
ilocal
为用户i的本地运算能耗，e
ioffload
为用户i的卸载能耗，e
miremote
为用户i的帮助者m
i
的远端运算能耗。
[0007]进一步地，所述的用户i的本地运算能耗为，其中，为用户i的有效切换电容，f
ilocal
为本地运算频率，；β
i
为用户i的卸载比例，c
i
为用户i需要的处理器运算周期数。
[0008]进一步地，所述的用户i的卸载能耗e
ioffload
获取步骤如下：步骤3.1、计算卸载信道k
i
和k
j
的信道重叠度H（k
i
，k
j
），用户j为用户i以外的任一其他用户，j∈N且j ≠i：，其中：S
i （f）为用户i的信号功率谱密度，表示用户j的帮助者m
j
的频率响应，τ表示信道k
i
和k
j
的中心频率间隔，f表示频率；步骤3.2、计算用户i受到的干扰；其中，P
j
为用户j的卸载功率，为用户j和用户i的帮助者m
i
之间的信道增益；步骤3.3、计算用户i在信道k
i
上将数据卸载给用户i的帮助者m
i
的吞吐量R
i ：，其中：P
i
为用户i卸载功率，为用户i和用户i的帮助者m
i
之间的信道增益，N0为背景噪声；步骤3.4、用户i的卸载时间为，其卸载能耗为e
ioffload =P
i
t
ioffload
，其中：β
i
为用户i的卸载比例，b
i
为用户i的数据量。
[0009]进一步地，所述用户i的帮助者m
i
的远端运算能耗e
miremote
采用下述步骤获取：
步骤3.5、计算用户i的帮助者m
i
的远端运算时间为；步骤3.6、计算用户i的帮助者m
i
的远端运算频率为；其中：c
i
为用户i需要的处理器运算周期数；步骤3.7、计算用户i的帮助者m
i
的远端运算能耗为，其中，为用户i的帮助者m
i
的有效切换电容。
[0010]本专利技术的有益效果：本专利技术的方法与将数据卸载给专用帮助本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于部分重叠信道的频谱和运算资源联合优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：网络中有N个用户有数据处理需求，构成集合N={1,
…
,N}，集合中任一用户需要处理的数据量为b，需要的处理器运算周期数为c；网络中有M个帮助者能够提供数据处理服务，构成集合M={1,
…
,M}；网络中有K个部分重叠信道，构成集合K={1,
…
,K}；信道带宽为B，信道距离为
△
；全网用户均需要在T时间内完成数据处理；工作时，任一用户进行本地运算，或者通过部分重叠信道卸载部分数据给帮助者，再由帮助者进行远端运算，同时该用户全程对剩余数据进行本地运算；步骤2： 初始化状态下，为每个用户随机分配一个卸载比例β（0）、卸载信道k（0）和帮助者m（0），k∈K，m∈M，且各用户选择的帮助者互斥，即每个帮助者只能服务一个用户；步骤3：控制中心对网络中用户选择的卸载比例、卸载信道和帮助者进行更新，过程如下：在第d（d≥1）次迭代中，控制中心随机选择一个用户n，n∈N进行策略更新，获取更新前全网用户和帮助者的能耗e（S
n
，S
‑
n
）；其中：S
n
表示用户n的联合策略，S
n =（β
n
，k
n
，m
n
），S
‑
n
表示用户n以外所有用户的策略集合；更新用户n的策略，其他用户保持当前策略不变，获取此时全网用户和帮助者的能耗e（S
´
n
，S
‑
n
）；其中，用户n进行更新的策略为：随机尝试一个联合策略S
´
n =（β
´
n
，k
´
n
，m
´
n
）,其中，β
´
n
为任一卸载比例，β
´
n ∈[0,1]；k
´
n 为任一卸载信道，k
´
n ∈K；m
´
n
为任一空闲帮助者，m
´
n
∈V n
，V n
表示用户n能够选择的空闲帮助者集合即当前未被其他用户选择的帮助者的集合；若e（S
´
n
，S
‑
n
）≤e（S
n
，S
‑
n
），则用户n的联合策略更新为S
´
n
，否则保持当前联合策略S
n
不变。2.如权利要求1所述的基于部分重叠信道的频谱和运算资源联合优化方法，其特征在于，所述的步骤3中，全网用户和帮助者的更新前能耗e（S
n
，S
‑
n
）和更新后能耗e（S
´
n

【专利技术属性】
技术研发人员：高瞻，沈良，
申请(专利权)人：南京智能信通科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：