[发明专利]一种基于全双工中继的移动边缘计算网络资源分配方法

说明书

本发明涉及一种基于全双工中继的移动边缘计算网络资源分配方法，属于移动边缘领域。该方法包括构建全双工中继辅助的上行移动边缘计算网络模型；分析所构建系统的传输特性，在满足用户计算任务时延、用户中断概率、用户最大计算能力和最大发射功率等约束，联合优化用户匹配策略、用户任务卸载系数、传输功率，建立系统总能耗最小化优化问题；利用最坏准则和交替迭代方法，将原非凸优化问题分解为两个确定性的凸优化子问题进行求解。本发明可以有效缓解用户执行计算数据量大，时延请求低的任务的压力，提升用户的服务质量，并且相较于现有技术，本发明可以有效降低执行计算任务的消耗，同时降低系统的中断概率，提升系统的顽健性。

技术领域

本发明属于移动边缘计算领域，涉及一种基于全双工中继的移动边缘计算网络资源分配方法。

背景技术

随着移动通信技术的高速发展和智能终端的日益普及，各种网络服务和应用不断涌现，例如虚拟现实、在线会议、视频通话等。这类数据量大的通信业务对通信网络在低时延、高可靠等方面提出了更严格的要求。虽然新型智能终端处理器的处理能力越来越强大，但依然无法处理计算量大且时延要求高的通信业务。另一方面，终端设备对本地数据的处理也加剧了电池电量的消耗和自身损耗，这极大地影响了终端设备的运行效率和服务质量。

为了解决上述问题，移动边缘计算作为一种可行的技术方案被提出。具体来说，移动边缘计算允许资源受限的终端设备将部分或全部计算任务卸载到边缘服务器进行处理，以解决终端设备在计算性能低、电池电量不足等条件下的传输问题，从而为终端设备提供低时延、低能耗的网络服务。因此，基于移动边缘计算的无线通信网络成为工业界和学术界关注的热点。

资源分配技术在传统无线网络中具有重要作用。它是通过调节传输功率、子载波分配等无线资源来有效的实现干扰管理，提升用户的服务质量。但在基于移动边缘计算的通信网络中，由于无线通信资源与计算资源相互影响，使得这类网络的资源分配问题变得更为复杂且十分具有挑战性。

目前，针对基于移动边缘计算网络资源分配问题的研究大多是基于双边任务计算方案(即，任务只能由用户或者边缘计算服务器全部计算)。然而，在实际的移动边缘计算网络中，由于任务数据量与时延请求的随机性，双边任务计算方式，无法对计算资源进行灵活的分配，从而导致用户本地服务器或边缘服务器的计算资源利用率低下且计算消耗较高。同时，基于传统半双工中继的移动边缘计算系统虽然在一定程度上改善了网络边缘用户的服务质量，提升了网络的覆盖范围，但半双工非同步收发的方式也导致数据传输时间较长，难以处理更低时延请求的数据业务。此外，虽然已有少量工作针对全双工中继的边缘计算网络的资源分配问题进行了研究，但该研究是在假设完美信道状态信息条件下设计的。然而，由于用户设备分布的随机性、量化误差以及信道时延等因素的影响，使得完美获得信道状态信息是不切实际的。因此，在考虑信道状态信息不确定性的条件下，如何实现全双工中继移动边缘计算网络顽健资源分配、减小用户中断概率，是一个非常有意义的研究问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于全双工中继的移动边缘计算网络资源分配方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于全双工中继的移动边缘计算网络资源分配方法，包括如下步骤：

S1：构建基于全双工中继辅助的上行移动边缘计算网络模型；

S2：分析所构建系统的传输特性，在满足用户计算任务时延约束、用户中断概率约束、用户最大计算能力和最大发射功率约束，联合优化用户匹配策略、用户任务卸载系数、用户与中继的传输功率，建立系统总能耗最小化问题；

S3：基于最坏准则方法，将含有概率约束的问题转化为确定性的优化问题。利用变量松弛方法，将目标函数与约束条件中的整数变量转化为连续变量；

S4：基于交替迭代方法，将原非凸问题分解为两个子问题，并利用内点法和拉格朗日对偶原理分别进行求解。