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专利号: 2023101947578
申请人: 成都信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向车联网的任务卸载方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、获取用户数据,构建系统损耗模型;

S2、初始化系统损耗模型的参数,计算系统损耗模型的初始解的系统损耗和整体约束违反度;

S3、根据系统损耗对系统损耗模型的初始解进行排序,并初始化系统损耗模型的初始解的权重;当非可行解的整体约束违反度在阈值ε之内时,将其当作可行解进行排序处理;

S4、通过蚁群算法求解系统损耗模型,得到包含用户任务卸载比例、用户传输功率和用户使用的子信道的M个新的解;

S5、对新的解和系统损耗模型的初始解进行排序并得到当前最优可行解,重复步骤S3至本步骤直到预定的次数,得到使系统损耗最小的最优可行解;

S6、将使系统损耗最小的最优可行解作为车联网任务卸载策略;

步骤S1的具体实现方式如下:

构建系统损耗模型:

其中, 表示最小系统损耗; 表示系统损耗函数;表示系统损耗函数的解; 表示用户 任务卸载时间; 表示用户 在RSU服务范围内的驻留的时间, RSU服务路段的长度为 ,用户 的速度为 , 的位置为 ;表示共有U个用户;

CH表示共有CH个子信道, ; 表示用户 的任务卸载比例; 表示用户的传输功率; 表示用户 使用的子信道; 代表着用户在时延和能耗间的偏好; 表示用户 的任务全部在本地执行的计算时延; 表示用户 的任务全部在本地执行所花费的能耗; 表示用户 任务所需要的总能耗;  为用户 任务的实际计算时延, 为用户 任务的本地计算时延; 表示用户在子信道 上的信道增益; 为 在 上的功率增益;为路径损耗系数;

表示用户 在子信道 上的信道增益; 表示传输功率阈值;

步骤S1中用户 任务所需要的总能耗、用户 任务卸载时间的具体实现方式如下:根据公式:

得到本地计算能耗 和用户 任务的本地计算时延 ;其中, 为用户的CPU平均功率, 为 的CPU功耗系数; 为用户 本地CPU的工作频率; 表示任务数据的大小; 表示计算每比特数据所需要的CPU周期数;

根据公式:

得到RSU接收到的用户 信号的信干噪比 ;集合中用户数量为S; 表示所有使用子信道 的用户集合; 为用户 和RSU之间的距离,为RSU与服务路段的距离; 表示用户 的传输功率; 为该用户的最大传输功率; 为高斯白噪声功率谱密度;为RSU为每个子信道分配的带宽;

根据公式:

得到用户 的传输速率 ;

根据公式:

得到用户 进行任务卸载时的传输时延 和传输能耗 ;

根据公式:

得到RSU执行任务所需的计算时延 ;其中, 为RSU服务器为用户 卸载的任务所分配的CPU工作频率;

根据公式:

得到用户 任务的卸载时延 和用户 任务所需要的总能耗 ;

步骤S2的具体实现方式如下:

S2‑1、初始化蚁群中初始解的数量K,初始化初始解的权重 ,蚂蚁数量M,迭代次数上限T,蚁群中所有非可行解的整体约束违反度均值ε;

S2‑2、根据公式:

获取整体约束违反度函数 ;其中, 为时间约束违反度函数;

为功率

约束违反度函数;当 时,为系统损耗函数 的一个可行解,否则,为非可行解;

S2‑3、根据系统损耗函数计算所有解的系统损耗,根据整体约束违反度函数计算所有解的整体约束违反度;

步骤S3的具体实现方式如下:

S3‑1、根据公式:

对蚁群中的可行解和非可行解放在一起进行基于ε的比较排序;  表示第 个解的系统损耗, 表示第 个解的系统损耗; 表示第 个解功率约束违反度;

表示第 个解的功率约束违反度;

S3‑2、根据公式:

得到子信道 的权重 和初始解 的权重 ;其中,为超参数; 越优, 就越大, 留下的信息素越浓,蚂蚁在 中的 和 附近移动的概率也就越大;

为蚁群中用户 使用了子信道 的最优解的权重, 为蚁群中用户 使用了子信道的解的数量,表示蚁群中所有解中的用户都没有使用的子信道的数量;

步骤S4的具体实现方式如下:

S4‑1、根据公式:

得到随机解 ; 为 的权重;c表示第c个解;

S4‑2、根据公式:

得到蚂蚁移动到 连续区间内任意一点的转移概率 ; 为蚂蚁选择的解 中用户 的任务卸载比例; ,为超参数;

S4‑3、根据转移概率 随机移动到区间 上的任意一点,得到新解中用户 的任务卸载比例 ;

S4‑4、根据公式:

得到用户功率转移概率 ;其中, , ;

S4‑5、根据转移概率 在连续区间 内随机移动到任意一点,得到新解中用户 的传输功率 ;

S4‑6、根据公式:

得到用户的子信道转移概率 ;其中, 为子信道 的权重;

S4‑7、根据用户的子信道转移概率 移动到离散区间 内一个点 上,得到新解中用户 子信道编号 ;

S4‑8、根据新解中用户 子信道编号 、新解中用户 的传输功率 和新解中用户 的任务卸载比例 ,得到蚂蚁 在各个变量的取值空间内移动3×U次的一个新解 ;

S4‑9、重复步骤S4‑1至步骤S4‑8直到M次,得到M个新解;

步骤S5的具体实现方式如下:

S5‑1、将得到的M个新解和当前已有的K个解进行基于ε的比较排序,并用前K个最优解替换蚁群中原来的解,得到替换后的解;

S5‑2、判断当前迭代是否达到设定次数,若是则输出使系统损耗最小的最优可行解;否则进入步骤S5‑3;

S5‑3、计算替换后的解的信息素,即替换后的解的权重;

S5‑4、根据公式:

得到当前迭代次数的 大小,使迭代次数加1并返回步骤S5‑1;其中,为当前迭代次数,为迭代次数上限, 为初始化的蚁群中所有非可行解的整体约束违反度均值, 为当前蚁群中可行解的比例, 和 均为超参数;迭代次数的初始值为0。