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专利号: 2020115043147
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于非正交多址的车联网络中资源优化方法,基于NOMA的动态网络中,在NOMA协助的车辆边缘计算系统中对车辆任务处理时,以车辆边缘计算系统的总能耗最小化为原则,确定系统的卸载和缓存决策、计算和缓存资源的分配,以此完成车辆边缘计算系统中的资源优化问题,车辆边缘计算系统的总能耗表示为:其中,E(t)为t时隙车辆边缘计算系统的总能耗;EO,k(t)为t时隙MEC服务器因卸载产生的能量消耗;Eca,k(t)为t时隙MEC服务器缓存所消耗的能量;κ为MEC服务器上的有效切换电容;fm,k(t)为t时隙MEC服务器分配给车辆用户的CPU周期数;xk(t)为t时隙车辆用户的卸载决策,当xk(t)=1表示任务卸载到MEC服务器上计算,xk(t)=0表示任务在车辆端进行本地计算;Rk,d为下行链路中第k个用户的可用下行速率;Pj为移动数据片段被请求的概率;

为为表示基站传输的能量消耗速率;yk(t)为t时隙车辆设备的缓存策略,当yk(t)=1表示路侧单元服务器缓存车辆用户请求的内容,yk(t)=0表示路侧单元服务器不缓存车辆用户请求的内容;

其特征在于,所述车辆边缘计算系统的总能耗最小化过程包括:考虑车辆用户的随机流量到达和队列稳定性,通过联合优化计算卸载决策和内容缓存决策,以及计算和缓存资源的分配,定义为一个随机优化问题;

利用李雅普诺夫优化理论,提出求解该问题的动态规划问题;

联合计算卸载、内容缓存和资源分配算法,将动态规划问题解耦为计算卸载子问题和内容缓存子问题;

解出计算卸载子问题,得出卸载决策和计算资源分配最优解;解出内容缓存子问题,得出缓存决策和缓存资源分配最优解;

其中,NOMA表示非正交多址,MEC表示移动边缘计算。

2.根据权利要求1所述的一种基于非正交多址的车联网络中资源优化方法,其特征在于,在路侧单元服务器端队列稳定性条件下的路侧单元服务器端消耗的平均能量最小问题,即随机优化问题表示为:

s.t.C1:

C2:xk∈{0,1},

C3:yk∈{0,1},

C4:

C5:

C6:

C7:P1,d≤P2,d≤…≤PK,d其中, 为在路侧单元服务器端队列稳定性条件下的路侧单元服务器端消耗的平均能量;E(t)为t时隙在路侧单元服务器端队列稳定性条件下的路侧单元服务器端消耗的能量;

x(t)为车辆用户卸载策略;f(t)为MEC服务器分配给车辆用户的CPU周期数;y(t)为车辆用户缓存决策;p(t)为基站发射功率;E{}表示求期望;T为总时隙数;κ为路侧单元服务器上的有效切换电容;fm,k(t)为t时隙路侧单元服务器分配给车辆用户k的CPU周期数;xk(t)为t时隙车辆用户k的卸载决策,xk(t)=1表示任务卸载到MEC服务器上计算,xk(t)=0表示任务在车辆端进行本地计算;τ为单元时隙的大小,τ=10ms;Rk,d为下行链路中第k个用户的可用下行速率;Pj为移动数据片段被请求的概率; 为基站传输的能量消耗速率;yk(t)为t时隙车辆用户k的缓存决策,yk(t)=1表示路侧单元服务器缓存车辆用户请求的内容,yk(t)=0表示路侧单元服务器不缓存车辆用户请求的内容; 为MEC服务器上车辆用户任务区的平均队列长度; 为MEC服务器上动态缓存的平均队列长度;K为系统总用户数;Ak为第k个任务的请求到达率;W为MEC服务器的最大缓存存储;F为路侧单元端的总计算资源;Pk,d为面向车辆用户k的基站发射功率; 为路侧单元端的最大发射功率。

3.根据权利要求1所述的一种基于非正交多址的车联网络中资源优化方法,其特征在于,下行链路中第k个用户的可用下行速率Rk,d(t)为:其中,Hk(t)为车载设备与路侧单元之间的信道增益,Pk,d(t)为时隙t内基站发射功率,B为频谱带宽,N0为高斯白噪声功率谱密度。

4.根据权利要求1所述的一种基于非正交多址的车联网络中资源优化方法,其特征在于,移动数据片段被请求的概率Pj表示为:其中,Nf为缓存文件片段总数;φ为Zipf分布指数。

5.根据权利要求2所述的一种基于非正交多址的车联网络中资源优化方法,其特征在于,利用李雅普诺夫优化理论,提出求解该问题的动态规划问题表示为:s.t.C1:xk∈{0,1},C2:yk∈{0,1},

C3:

C4:

C5:

C6:P1,d≤P2,d≤…≤PK,d其中,Ck(t)为t时隙完成计算任务所需的CPU周期数;Qk(t)为t时隙MEC服务器上车辆用户任务区队列长度;V是非负控制参数用来权衡时延和能耗;Zk(t)为t时隙路侧单元服务器上针对车辆k的缓存队列。

6.根据权利要求5所述的一种基于非正交多址的车联网络中资源优化方法,其特征在于,t+1时隙路侧单元服务器上针对车辆k的缓存队列Zk(t+1)为:Zk(t+1)=max{Zk(t)‑Rk,dPjyk(t),0}+Ak(t)yk(t);

其中,Ak(t)表示t时隙请求到达率。

7.根据权利要求5所述的一种基于非正交多址的车联网络中资源优化方法,其特征在于,计算卸载子问题表示为:

s.t.C1:xk∈{0,1},C2:

内容缓存子问题表示为:

s.t.C1:yk∈{0,1},C2:

C3:

C4:P1,d≤P2,d≤…≤PK,d其中,Rk,u(t)为t时隙上行链路中第k个用户的传输速率。

8.根据权利要求7所述的一种基于非正交多址的车联网络中资源优化方法,其特征在于,t时隙上行链路中第k个用户的传输速率Rk,u(t)表示为:其中,Pk,u(t)为在时隙t内车辆k的发射功率;Hk(t)为车载设备与路侧单元之间的信道增益,B为频谱带宽,N0为高斯白噪声功率谱密度。

9.根据权利要求3或8所述的任一一种基于非正交多址的车联网络中资源优化方法,其特征在于,在NOMA协助的车辆边缘计算系统中,车载设备与路侧单元之间的信道增益表示为:

α2

Hk(t)=(Jk(t))β;

其中,Hk(t)为车载设备与路侧单元之间的信道增益;Jk(t)为初始距离为ak的车辆用户k沿公路以速度vk单向移动时,t时刻车辆用户与路侧单元服务器的距离,s为基站与高速公路的距离,e为基站天线高度;α为路径损失系数;β为信道衰落系数。