一種針對D2D-MEC系統的能耗優化方法技術方案

本發明專利技術揭示了一種針對D2D?MEC系統的能耗優化方法，包括如下步驟：S1、定義D2D?MEC系統內至少包括一個配備有邊緣云服務器的基站、一個任務型用戶及一個資源型用戶；S2、建立任務型用戶與邊緣云服務器間的蜂窩鏈路，獲取蜂窩鏈路的鏈路信道信息；S3、建立任務型用戶與資源型用戶間的D2D鏈路，獲取D2D鏈路的鏈路信道信息；S4、在能耗最小的前提下、將任務型用戶內部分計算任務分別卸載至資源型用戶及邊緣云服務器，實現D2D?MEC系統的能耗優化。本發明專利技術采用緩存加卸載的任務分配方式、結合D2D通信輔助計算，有效地降低了系統總能耗，提高了智能移動設備電池的續航能力，延長了移動邊緣網絡的使用壽命。

【技術實現步驟摘要】
一種針對D2D-MEC系統的能耗優化方法
本專利技術為一種系統能耗優化方法，具體而言，是一種針對D2D-MEC系統的能耗優化方法，涉及D2D通信和MEC

技術介紹
隨著近年來物聯網和5G移動通信技術的快速發展，各種不同種類、不同功能的移動端服務和應用已成為人們日常生活的一部分，例如在線游戲、網絡直播、虛擬現實、增強現實等。雖然這些新興的移動端服務和應用能夠豐富人們的生活，但是也占用了智能移動設備上大量的計算、存儲、網絡與電池等資源。針對上述現狀，為了應對智能移動設備因資源不足而出現的諸多問題，MEC(MobileEdgeComputing，移動邊緣計算)技術應運而生，這一技術將用戶的計算任務卸載到邊緣服務器，再利用邊緣服務器強大的計算能力擴展智能移動設備的資源，可以說是一種高效的技術解決方案。D2D(Device-to-Device，設備到設備)通信主要通過用戶終端間的直接鏈路進行通信，數據傳輸不需要經過基站，可有效提高頻譜資源效率、降低能耗、增強系統的實時性和可靠性，是5G移動通信技術的關鍵之一。同時，D2D通信網絡中設備的請求異構性和臨近性也使得基于D2D的分布式卸載成為緩解邊緣計算卸載壓力的重要途徑。在D2D通信中，由于終端通信距離較近、終端設備間的發射功率較小，因此相對于傳統方式而言，消耗的能量更少、可有效降低用戶能耗。然而，隨著現階段以在線游戲、虛擬現實等為代表的移動應用和人工智能、大數據等技術的結合，智能移動設備的電池容量已不能完全滿足這類具有復雜數據處理功能的移動應用的需求。此外，電池的續航能力又將直接影響智能移動設備使用者的用戶體驗，因此有必要在基于D2D通信的MEC系統中開展最小化能耗的研究，減輕移動設備電池的壓力。綜上所述，如果能夠設計出一種全新的、針對D2D-MEC系統的能耗優化方法，那么勢必可以為D2D通信、MEC等技術的后續發展提供巨大的幫助。
技術實現思路
鑒于現有技術存在上述缺陷，本專利技術的目的是提出一種針對D2D-MEC系統的能耗優化方法，具體如下。一種針對D2D-MEC系統的能耗優化方法，包括如下步驟：S1、對D2D-MEC系統進行定義，令D2D-MEC系統內至少包括一個配備有邊緣云服務器的基站、一個任務型用戶及一個資源型用戶；S2、建立所述任務型用戶與所述邊緣云服務器間的蜂窩鏈路，獲取所述蜂窩鏈路的鏈路信道信息；S3、通過所述任務型用戶獲取所述資源型用戶的位置信息，建立所述任務型用戶與所述資源型用戶間的D2D鏈路，獲取所述D2D鏈路的鏈路信道信息；S4、在能耗最小的前提下，所述任務型用戶將部分計算任務分別卸載至所述資源型用戶及所述邊緣云服務器，實現D2D-MEC系統的能耗優化。優選地，S1步驟具體包括：定義D2D-MEC系統中至少存在一個配備邊緣云服務器的基站及兩個用戶，兩個所述用戶中的一個有大量密集的計算任務、僅依靠本地計算資源無法完成計算任務，稱之為任務型用戶，另一個計算任務較少、依靠本地計算資源可以完成計算任務且有計算資源處于空閑狀態，稱之為資源型用戶；定義D2D-MEC系統處理計算任務的時間為T，T可分為N個時隙，每個時隙的長度為τ＝T/N。優選地，在S2步驟中，所述蜂窩鏈路的鏈路信道信息包括：蜂窩鏈路的距離xn、蜂窩鏈路的信道增益信道帶寬B1、噪聲功率任務卸載的發射功率以及蜂窩鏈路的信道傳輸速率為其中優選地，在S3步驟中，所述D2D鏈路的鏈路信道信息包括：D2D鏈路的距離yn，D2D鏈路的信道增益信道帶寬B0，噪聲功率任務卸載的發射功率以及D2D鏈路的信道傳輸速率其中，優選地，S4步驟具體包括：S41、定義在第n個時隙內，所述任務型用戶內的計算任務為An、所述資源型用戶內的計算任務為Bn，所述任務型用戶依靠本地計算資源可完成的任務量為ln、所述任務型用戶卸載到所述邊緣云服務器的任務量為en、所述任務型用戶卸載到所述資源型用戶的任務量為dn、所述資源型用戶自身的計算任務量為hn，所述任務型用戶計算1bit數據所需要的CPU周期數為Ctu、所述資源型用戶計算1bit數據所需要的CPU周期數為Cru，所述任務型用戶的電容轉換系數為γtu、所述資源型用戶的電容轉換系數為γru；S42、定義所述任務型用戶依靠本地計算資源計算lnbit數據的能耗為所述任務型用戶卸載enbit數據到所述邊緣云服務器的能耗為所述任務型用戶卸載dnbit數據到所述資源型用戶的能耗為所述資源型用戶計算hnbit數據的能耗為其中，S43、以D2D-MEC系統的能耗最小為前提、建立優化問題如下，其中，li≥0,di≥0,ei≥0，hi≥0；S44、通過KKT條件對S43中的所述優化問題進行求解，其中，隨后通過一維搜索得到所述優化問題的最優解；S45、按照S44中的最優解執行D2D-MEC系統內的計算任務分配，實現D2D-MEC系統的能耗優化。與現有技術相比，本專利技術的優點在于：本專利技術所提出的一種針對D2D-MEC系統的能耗優化方法，采用緩存加卸載的任務分配方式、結合D2D通信輔助計算，有效地降低了MEC系統中數據處理的總能耗，提高了智能移動設備電池的續航能力，延長了移動邊緣網絡的使用壽命。此外，本領域內的技術人員還可以以本專利技術的技術思路為依據，將類似方法應用于對其他系統的能耗優化方案的構建中，方法整體的應用前景十分廣闊。以下便結合附圖，對本專利技術的具體實施方式作進一步的詳述，以使本專利技術技術方案更易于理解、掌握。附圖說明圖1為本專利技術的方法流程示意圖；圖2為本專利技術中D2D-MEC系統計算任務分配的過程示意圖；圖3為本專利技術所針對的D2D-MEC系統的場景模型示意圖。具體實施方式本專利技術提出了一種針對D2D-MEC系統的能耗優化方法，以降低D2D-MEC系統處理數據過程中的總能耗、提高智能移動設備電池的續航能力，具體方案如下。如圖1所示，一種針對D2D-MEC系統的能耗優化方法，包括如下步驟：S1、對D2D-MEC系統進行定義，令D2D-MEC系統內至少包括一個配備有邊緣云服務器的基站，一個任務型用戶及一個資源型用戶；S2、建立所述任務型用戶與所述邊緣云服務器間的蜂窩鏈路，獲取所述蜂窩鏈路的鏈路信道信息；S3、通過所述任務型用戶獲取所述資源型用戶的位置信息，建立所述任務型用戶與所述資源型用戶間的D2D鏈路，獲取所述D2D鏈路的鏈路信道信息；S4、在能耗最小的前提下，所述任務型用戶將部分計算任務分別卸載至所述資源型用戶及所述邊緣云服務器，實現D2D-MEC系統的能耗優化。以下將對上述S1～S4進行詳細說明。S1步驟具體包括：定義D2D-MEC系統中至少存在一個配備本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種針對D2D-MEC系統的能耗優化方法，其特征在于，包括如下步驟：/nS1、對D2D-MEC系統進行定義，令D2D-MEC系統內至少包括一個配備有邊緣云服務器的基站、一個任務型用戶及一個資源型用戶；/nS2、建立所述任務型用戶與所述邊緣云服務器間的蜂窩鏈路，獲取所述蜂窩鏈路的鏈路信道信息；/nS3、通過所述任務型用戶獲取所述資源型用戶的位置信息，建立所述任務型用戶與所述資源型用戶間的D2D鏈路，獲取所述D2D鏈路的鏈路信道信息；/nS4、在能耗最小的前提下，所述任務型用戶將部分計算任務分別卸載至所述資源型用戶及所述邊緣云服務器，實現D2D-MEC系統的能耗優化。/n

【技術特征摘要】
1.一種針對D2D-MEC系統的能耗優化方法，其特征在于，包括如下步驟：
S1、對D2D-MEC系統進行定義，令D2D-MEC系統內至少包括一個配備有邊緣云服務器的基站、一個任務型用戶及一個資源型用戶；
S2、建立所述任務型用戶與所述邊緣云服務器間的蜂窩鏈路，獲取所述蜂窩鏈路的鏈路信道信息；
S3、通過所述任務型用戶獲取所述資源型用戶的位置信息，建立所述任務型用戶與所述資源型用戶間的D2D鏈路，獲取所述D2D鏈路的鏈路信道信息；
S4、在能耗最小的前提下，所述任務型用戶將部分計算任務分別卸載至所述資源型用戶及所述邊緣云服務器，實現D2D-MEC系統的能耗優化。


2.根據權利要求1所述的一種針對D2D-MEC系統的能耗優化方法，其特征在于，S1步驟具體包括：定義D2D-MEC系統中至少存在一個配備邊緣云服務器的基站及兩個用戶，兩個所述用戶中的一個有大量密集的計算任務、僅依靠本地計算資源無法完成計算任務，稱之為任務型用戶，另一個計算任務較少、依靠本地計算資源可以完成計算任務且有計算資源處于空閑狀態，稱之為資源型用戶；定義D2D-MEC系統處理計算任務的時間為T，T可分為N個時隙，每個時隙的長度為τ＝T/N。


3.根據權利要求2所述的一種針對D2D-MEC系統的能耗優化方法，其特征在于，在S2步驟中，所述蜂窩鏈路的鏈路信道信息包括：蜂窩鏈路的距離xn、蜂窩鏈路的信道增益信道帶寬B1、噪聲功率任務卸載的發射功率以及蜂窩鏈路的信道傳輸速率為其中





4.根據權利要求3所述的一種針對D2D-MEC系統的能耗優化方法，其特征在于，在S3步驟中，所述D2D鏈路的鏈路信道信息包括：D2D鏈路的距離yn，D2D鏈路的信道增益信道帶寬B0，噪聲功率任務卸載的發射功率以及D2D鏈路...

【專利技術屬性】
技術研發人員：蔡艷，冉亮，張軍，朱洪波，
申請(專利權)人：南京郵電大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32