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专利号: 2023118215149
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:2026-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于VNF实例共享的异构蜂窝网络多功能任务卸载方法,其特征在于,包括以下步骤:

101、采用粒子群算法建立异构蜂窝网络服务功能链SFC部署优化模型,设网络节点数量为N,粒子群中粒子数量为J,每个粒子表示为Fj={fj},其中,j表示粒子序号,fj表示第j个粒子中f类型虚拟网络功能VNF实例的数量,初始化粒子群,其中,fj在[0,|N|]区间取随机整数,令每个粒子的最优解目标函数值 其中, 分别表示第j个粒子的最优VNF实例部署数量决策,最优SFC节点映射决策,最优SFC链路映射决策,最优SFC资源分配决策,全局最优解目标函数值Γ{F,X,Y,Z}=0,其中,F,X,Y,Z分别表示全局最优VNF实例部署数量决策,全局最优SFC节点映射决策,全局最优SFC链路映射决策,全局最优SFC资源分配决策,粒子群迭代次数为I,令计数变量i=0,j=0;

102、令i=i+1,如果i≤I,跳转至步骤103,否则,跳转至步骤107;

103、令j=j+1,如果j≤J,跳转至步骤104,否则,令j=0,跳转至步骤102;

104、根据Fj和用户任务卸载请求,构建节点映射决策Xj、链路映射决策Yj和资源分配决策Zj,并更新Fj;

105、计算获得第j个粒子的目标函数值 Γ {Fj ,Xj ,Yj ,Zj},如果令

跳转至步骤106,否则,跳转至步骤103;

106、如果 令

跳转至步骤103,否则,跳转至步骤103;

107、输出全局最优解{F,X,Y,Z},结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于VNF实例共享的异构蜂窝网络多功能任务卸载方法,其特征在于,所述步骤104中构建构建节点映射决策Xj、链路映射决策Yj和资源分配决策Zj,并更新Fj的方法包括以下步骤:

1)设用户集合为U,根据每个用户u的任务容忍时延Tu,将集合U中元素升序排列,令临时集合U′=U,计数变量w=0;

2)令w=w+1,如果w≤|Fj|,令临时集合N′=N,计数变量m=0,从集合N′中移除满足Zn/an≤z0条件的节点,其中,Zn表示节点n的总计算资源,an表示节点n的虚拟网络功能VNF实例数量,z0表示每个VNF实例的基础计算资源开销,跳转至步骤3),否则,跳转至步骤4);

3)对于集合Fj中第w个元素fj,如果m<fj,令m=m+1,从N′中选择满足max(Zn/an)的节点n部署f类型VNF实例,an=an+1,并将节点n从N′中移除,跳转至步骤3),否则,跳转至步骤2);

4)如果集合 从集合U′中取出第一个用户u,根据集合N中每个节点n的VNF实例类型和网络资源状态,构建第j个粒子中用户u的服务功能链SFC节点和链路映射决策根据 和节点可用计算资源,构建第j个粒子中用户u的SFC资源分配决策 跳转至步骤4),否则,跳转至步骤5);

5)对于集合N中每个节点n,移除未分配任务计算资源的VNF实例,更新Fj中相应的fj;

6)根据SFC节点映射决策 计算剩余可用计算资源 对于集合N中满足 的每个节点n,根据U中元素顺序,轮流为该节点承载的每个卸载任务增配最小单位计算资源并更新资源分配决策 直到

7)输出SFC部署决策 算法结束。

3.根据权利要求2所述的一种基于VNF实例共享的异构蜂窝网络多功能任务卸载方法,其特征在于,所述步骤4)中构建第j个粒子中用户u的SFC节点和链路映射决策 包括以下步骤:

11)初始化临时集合N′=N, 计数变量k=0,l=0,根据用户u的所属基站确定该用户的接入节点 令临时变量

12)如果k<|Vu|,令k=k+1,其中,Vu表示用户u所需SFC中的VNF有序集合,跳转到步骤

13),否则,跳转到步骤16);

13)将集合N′中具备SFC中第k个VNF所需实例且满足 的节点加入集合N″,其中表示用户u的卸载任务在节点n上所需的最小计算时延;

14)对集合N″中每个基站n,计算节点τ到n的最小代价通路Pτ,n,并将不存在最小代价通路的节点从N″中移除;

15)计算N″中每个节点n的映射价值χn,从集合N″取出映射价值最高的节点n,将其作为第k个VNF的映射节点加入用户u的SFC节点映射决策 通路Pτ,n作为第l条虚链路加入用户u的SFC链路映射决策 令l=l+1,τ=n,将节点n从集合N′中移除,跳转至步骤12);

16)输出用户u的SFC节点和链路映射决策 算法结束。

4.根据权利要求3所述的一种基于VNF实例共享的异构蜂窝网络多功能任务卸载方法,其特征在于,所述步骤13)中用户u的卸载任务在节点n上所需的最小计算时延 的计算方法如公式(1)所示:其中,du表示用户u的任务数据量,gu表示用户u的任务复杂度;

所述步骤14)中最小代价通路Pτ,n计算方法如下所示:

利用最小代价通路算法计算节点τ到n的最小代价通路Pτ,n,其中,物理链路e的链路代价δe的计算方法如公式(2)所示:其中, 表示物理链路e的剩余可用带宽资源,Be表示物理链路e的带宽资源容量,bu表示用户u任务卸载所需的传输带宽。

5.根据权利要求4所述的一种基于VNF实例共享的异构蜂窝网络多功能任务卸载方法,其特征在于,所述步骤15)中节点n映射价值χn的计算方法如公式(3)所示:其中, 表示节点n的归一化剩余可用计算资源, α、Hτ,n分别表示节点n的剩余可用计算资源,权重因子,通路Pτ,n的距离,计算方法如公式(4)所示, 表示通路Pτ,n的归一化距离,计算方法如公式(5)所示。

6.根据权利要求2所述的一种基于VNF实例共享的异构蜂窝网络多功能任务卸载方法,其特征在于,所述步骤4)中构建第j个粒子中用户u的SFC资源分配决策 包括以下步骤:

21)根据用户u的节点映射决策 将SFC的映射节点依次加入临时有序集合N′,根据用户u的链路映射决策 将虚链路所需带宽资源bu加入SFC资源分配决策 并获取任务卸载路径传输总时延 其中, 为用户u的任务数据通过卸载路径上每条物理链路的传输时延累和,令计数变量k=0;

22)计算用户u卸载任务所需的最小计算时延 如果 跳转至步骤

23),否则,跳转至步骤29);

23)如果k<|Vu|,令k=k+1,跳转至步骤24),否则,跳转至步骤25);

24)计算N′中第k个节点n需为用户u所需SFC中相应VNF分配的任务计算资源 令跳转至步骤23);

25)如果任务计算总时延 跳转至步骤26),否则,跳转至步骤28);

26)将剩余可用计算资源 的节点从集合N′中移除,如果 根据 的值,对集合N′中的元素降序排列,在集合N′中第一个节点n上,为用户u所需的VNF实例增配一个单位计算资源z1,令 跳转到步骤27),否则,跳转到步骤29);

27)如果 跳转到步骤26),否则,跳转到步骤28);

28)输出第j个粒子中用户u的资源分配决策

29)算法结束。

7.根据权利要求6所述的一种基于VNF实例共享的异构蜂窝网络多功能任务卸载方法,其特征在于,所述步骤22)中用户u卸载任务所需的最小计算时延 的计算方法如公式(6)所示:其中,du表示用户u的任务数据量,gu表示用户u的任务复杂度;

所述步骤24)中节点n需为用户u所需SFC中相应VNF分配任务计算资源 的计算方法如公式(7)所示:其中, 表示节点n的负载,计算方法如公式(8)所示;

公式(8)中,Zn表示节点n的总计算资源。

8.根据权利要求6所述的一种基于VNF实例共享的异构蜂窝网络多功能任务卸载方法,其特征在于,所述步骤25)、27)中任务计算总时延 的计算方法如公式(9)所示:

9.根据权利要求2所述的一种基于VNF实例共享的异构蜂窝网络多功能任务卸载方法,其特征在于,所述步骤104中更新fj的方法如下所示:对于集合N中每个节点n,如果节点n上存在未分配任务计算资源的f类型VNF实例,从节点n上移除该实例,令fj=fj‑1;其后根据公式(10)更新fj;

其中,Δfj表示f类型VNF实例的部署数量变化量,计算方法如公式(11)所示,0≤ω≤1,*

0≤γ1≤1,0≤γ2≤1, 表示当前最优解中f类型VNF实例的部署数量,f 表示全局最优解中f类型VNF实例的部署数量。

10.根据权利要求1所述的一种基于VNF实例共享的异构蜂窝网络多功能任务卸载方法,其特征在于,所述步骤105、106中目标函数的计算方法如公式(12)所示:其中,0≤β≤1, 表示系统任务完成率, 表示归一化系统单位任务时延。