[发明专利]一种应用在非正交多址接入的移动边缘计算网络中的用户接入方案的设计方法

权利要求书

1.一种应用在非正交多址接入的移动边缘计算网络中的用户接入方案的设计方法，其特征在于：

步骤一、用户接入问题为一个具有同群效应的多对一双边匹配博弈问题，考虑到匹配过程中的同群效应，采用基于盖尔-沙普利算法Gale-Shapley的匹配算法确定最初的用户接入方案；

所述步骤一具体包括：首先不考虑匹配过程中的同群效应，仅根据用户的信道状态和任务的计算量建立用户和接入点的双边喜好列表，用户根据自己喜好选择接入点，而接入点根据自身的喜好列表选择合适的用户，最终达到一个稳定的匹配结果：

1.1，为了求解后续的资源分配问题，首先需要为每个用户选择最初的接入方案，将用户和接入点的接入问题实际上是一个双边匹配问题；进行双边匹配求解，需要建立双边的喜好列表；首先建立用户对接入点的喜好列表，用户u对接入点m的喜好值表示为：其中u代表用户u，m代表接入点m，d_u,m表示用户u和接入点m之间的距离，α为自由空间路径损耗因子，h₀是服从复高斯分布的瑞利信道因子；然后建立接入点对用户的喜好列表，接入点m对用户u的喜好值表示为：P_m,u＝C_u，其中C_u为用户u的计算任务量；

1.2，基于盖尔-沙普利算法的匹配算法的过程如下：用户首先根据自身的喜好列表向最喜欢的接入点提出匹配申请，接入点根据自身的喜好列表以及自身的限额选择最佳的用户而拒绝其他的用户；被拒绝的用户会将其从自己的喜好列表中删除，从而选择下一个喜欢的接入点；重复上述过程直到所有的用户都匹配完成或者用户被所有的接入点拒绝；

步骤二、根据最初的用户接入方案，为用户分配边缘服务器的计算资源，对用户的发射功率进行控制，得到整个系统的能耗；

步骤三、为了解决匹配过程中的同群效应，提出基于资源分配的联盟博弈算法为用户选择最佳的接入方案达到优化整个系统能耗的作用。

2.根据权利要求1所述的移动边缘计算网络中的用户接入方案的设计方法，其特征在于所述步骤二的根据最初的用户接入方案，为用户分配边缘服务器的计算资源，对用户的发射功率进行控制，得到整个系统的能耗具体包括：

将边缘服务器的计算资源进行分配达到最小化任务执行时间的要求；对用户发射功率进行控制降低用户之间由于非正交多址接入技术所带来的干扰同时保证用户的服务质量：

2.1，根据最初的接入方案，需要对服务器的计算资源进行分配；计算资源的分配问题描述为每个服务器最小化任务的执行时延，目标函数定义为：

s.t.C1:

C2:

C3:

其中是任务的计算时间，β_u,m表示接入点m分配给用户u的计算资源块的数量；C1表示计算时间小于用户u的任务时延门限D_u；C2表示分配给用户的计算资源块的数量小于总的资源数量；C3表示为用户分配的资源块的数量为整数；计算资源的分配方法是：首先为每个用户分配计算资源保证其任务时延门限，然后再将多余的计算资源分配给资源利用率最高的用户，N为资源块的数量，G_m为向同一个接入点m进行任务卸载的用户组；

2.2，得到用户的计算时延后，用户的功率分配描述为优化用户的功率消耗，从而达到降低用户能耗的作用，其目标函数为：

P2:

s.t.C1:

C2:

C3:

其中R_u,m是用户u在接入点m的传输速率，D_u为用户u的任务时延门限，为用户u的任务在接入点m的计算时间，L_u是用户上传的数据量；C1是用户的最低上传速率约束；C2表示用户的发射功率不能超过最大功率P_u^max；C3表示用户u对接入点m的喜好值与用户u+1对接入点m的喜好值的大小关系；通过将以及高信噪比条件下log₂(1+η)＝log₂(η)这两种代换方式，P2能够表示为一个凸优化问题，并且采用内点法获得用户的发射功率，计算出整个系统的能耗。

3.根据权利要求1所述的移动边缘计算网络中的用户接入方案的设计方法，其特征在于，所述步骤三的提出基于资源分配的联盟博弈算法为用户选择最佳的接入方案达到优化整个系统能耗的作用具体包括：

其特征在于有效克服多对一匹配过程中存在的同群效应，采用基于用户交换的方式获得最佳的用户接入方案最小化整个系统的能耗：

3.1，考虑到匹配过程中的同群效应，即用户接入不仅需要考虑选择哪个接入点，还需要考虑选择相同接入点的其他用户对自身的影响，因此传统的匹配方法无法获得最优解；因此提出一种联盟博弈的方法；

3.2，将选择同一个接入点m进行任务卸载的用户组看作一个联盟，G_m表示接入点m的联盟；定义联盟交换的规则如下：联盟G_m中用户u与G_m′中的用户u'进行交换，则需要满足如下条件：Γ_m(G_m′)+Γ_m′(G_m″)＞Γ_m(G_m)+Γ_m′(G_m′)，其中G_m”＝G_m'∪{u}\{u'}，G_m'＝G_m∪{u'}\{u}；Γ_m(·)表示联盟的效用值，即用户能耗的倒数，效用值越大表示能耗越低；

3.3，联盟博弈算法过程如下：首先根据最初的接入方案将用户分成M个联盟；两两联盟之间判断是否有用户满足交换原则，如果满足交换规则则进行用户的交换；直到没有用户满足交换规则为止；根据联盟的交换原则可知，每经过一次交换，系统的总能耗会降低；由于用户数和接入点数量是有限的，因此能够通过联盟博弈算法获得用户最终的接入方案以及系统的最优能耗。