1.一种基于网络切片的工业物联网资源动态分配方法,其特征在于:包括如下步骤:步骤S1、搭建三层双向通信网络架构:所述三层双向通信网络架构包括综合管理终端、云中心及由不同QoS需求建立的彼此相互独立、隔离的URLLC切片和mMTC切片,所述URLLC切片包括U个URLLC设备和K个FAP;所述mMTC切片包括M个mMTC设备、N个子载波和一个MEC节点;
步骤S2、U个URLLC设备集合表示为P={1,2,3...,U},K个FAP集合表示为Q={1,2,
3...,K},其中u∈P,k∈Q,计算当第u个URLLC设备选择第k个FAP进行数据传输时的上传速率Ru,k,从而计算得出每个URLLC设备的数据上传时延tu;
步骤S3、M个mMTC设备集合表示为T={1,2,3...,M},N个子载波集合表示为Y={1,2,
3...,N},其中m∈T,n∈Y,计算每个mMTC设备在任一子载波n上的数据上传速率Rm,n,从而计算得出每个mMTC设备通过第n个子载波在MEC节点中的计算能耗Em并得到总计算能耗∑m∈MEm;
步骤S4、在mMTC切片中,利用MEC节点的计算能力,建立一个带宽释放模型,带宽释放模型表达式为:其中,BnM为每个mMTC设备经过MEC节点处理后释放的带宽,K和ω是模型参数,θ为MEC节点带宽的调整参数;
步骤S5、在经过MEC节点的计算处理后,每个mMTC设备所承载利用的子载波带宽为*由此得到每个mMTC设备此时的数据上传速率Rm,n;
步骤S6、在系统总带宽有限的情况下,根据URLLC切片和mMTC切片分别向综合管理终端发送的服务需求,将带宽资源在URLLC切片和mMTC切片间进行动态的按需调整;
步骤S7、根据URLLC切片和mMTC切片的QoS需求,分别给出优化目标函数,并将URLLC切片和mMTC切片间形成的资源分配问题转化为一个分层博弈问题,通过研究该博弈,得到博弈均衡解;
其中URLLC切片的优化目标为最小化数据上传时延,对应的优化目标函数的表达式为:其中,定义xuk∈{0,1}为一个布尔变量,当第u个URLLC设备选择第k个FAP进行数据传输时,xuk=1,否则xuk=0;su为URLLC设备上传数据内容的大小;
约束表示URLLC设备通过选择的FAP进行数据上传时的时延不得超过其所能容忍的最大时延mMTC切片的优化目标为保障设备数据实时上传的前提下,最小化设备在MEC节点进行数据处理的计算功耗,对应的优化目标函数的表达式为:其中,定义xmn∈{0,1}为一个布尔变量,xmn=1表示第m个mMTC设备是分配在任意第n个子载波的标志变量,否则xmn=0;pmn和hmn分别为第m个mMTC设备在任一子载波n上进行数据2
上传时的传输功率、信道增益;σ为噪声功率;
约束(b1)表示MEC节点的数据处理能耗不得超过系统所能容忍的最大能耗 约束(b2)表示各mMTC设备经MEC节点数据处理后上传数据的传输速率不得低于其能容忍的最低传输速率将URLLC切片和mMTC切片之间的互动建模为Stackelberg博弈,将URLLC切片作为跟随者,mMTC切片作为领导者,作为跟随者的URLLC切片决定从mMTC切片获取的释放带宽数量,以最小化其数据上传时延,而mMTC切片根据URLLC切片发送的数据上传时延请求做出决策,在保障mMTC切片中各设备数据上传速率大于其最低速率限制的前提下,决定其上传的数据在MEC节点中的计算能力同时优化计算功耗,通过研究URLLC切片和mMTC切片之间的博弈,得到最优的带宽分配解,在该博弈均衡解下,使得URLLC切片和mMTC切片的Qos需求达到均衡。
2.根据权利要求1所述的一种基于网络切片的工业物联网资源动态分配方法,其特征在于:所述步骤S2中当第u个URLLC设备选择第k个FAP进行数据传输时的上传速率Ru,k表示为:2
其中,σ 为噪声功率,Buk、puk、huk分别为第u个URLLC设备选择第k个FAP进行数据上传时的带宽总量、传输功率、信道增益;
每个URLLC设备的数据上传速率表达式为:
Ru(xuk)=xukRu,k,
其中,定义xuk∈{0,1}为一个布尔变量,当第u个URLLC设备选择第k个FAP进行数据传输时,xuk=1,否则xuk=0;
每个URLLC设备的数据上传时延tu表达式为:
其中,su为URLLC设备上传数据内容的大小。
3.根据权利要求2所述的一种基于网络切片的工业物联网资源动态分配方法,其特征在于:所述步骤S3中每个mMTC设备在任一子载波n上的数据上传速率Rm,n的表达式为:其中,Bn为每个子载波的带宽,pmn和hmn分别为第m个mMTC设备在任一子载波n上进行数据上传时的传输功率、信道增益;
第m个mMTC设备的数据上传速率表达式为:
Rm(xmn)=xmnRm,n,
其中,定义xmn∈{0,1}为一个布尔变量,xmn=1表示第m个mMTC设备是分配在任意第n个子载波的标志变量,否则xmn=0;
每个mMTC设备通过第n个子载波在MEC节点中的计算能耗Em表达式为:sm表示为第m个mMTC设备需要上传的数据量大小,cm表示为每比特数据的计算复杂度,α为MEC节点计算能力的调整参数, 为MEC节点计算能力。
4.根据权利要求1所述的一种基于网络切片的工业物联网资源动态分配方法,其特征*在于:所述步骤S5中经过MEC节点的计算处理后的每个mMTC设备此时的数据上传速率Rm,n表达式为: