[发明专利]一种能量匮乏终端与流量匮乏终端间的协作计算迁移方法

权利要求书

1.一种能量匮乏终端与流量匮乏终端间的协作计算迁移方法，其特征在于，在一个基于D2D通信的移动蜂窝网络中，基站位于网络中心，多个智能终端随机分布，且智能终端将自身计算密集型任务迁移到云端进行处理，智能终端包括流量匮乏终端ES和能量匮乏终端DS，流量匮乏终端集合表示为I＝{1、…、i、…、M}，其中，M为正整数，i为[1,M]之间的任一正整数；能量匮乏终端DS集合表示为J＝{1、…、j、…、K}，其中，K为正整数，j为[1,K]之间的任一正整数；

所述方法包括：

步骤10)发起者通过控制信道广播需求信令，当帮助者回应所述发起者时，协作开始，ES_i通过控制信道获得DS_j的任务参数，DS_j通过控制信道获得ES_i的任务参数；所述任务参数包括数据尺寸、最大允许任务时延以及所需CPU周期；当发起者为ES_i时，帮助者为DS_j；当发起者为DS_j时，帮助者为ES_i；ES_i表示系统中的第i个流量匮乏终端，DS_j表示系统中的第j个能量匮乏终端；

步骤20)利用信道估计和反馈方法，ES_i获取与DS_j之间的信道状态信息h_ij、信道增益值|h_ij|²，以及DS_j与基站间的信道状态信息h_jD和信道增益值|h_jD|²；

步骤30)计算当ES_i与DS_j协作时，ES_i的开销和DS_j的开销所述开销包括能量开销和流量开销；所述步骤30)还包括：计算终端协作时的开销最优值，具体包括：

由于ES_i终端在协作中将承担所有任务的能量消耗，DS_j终端在协作中将承担所有的数据消耗，协作情况下ES_i的最优开销如式(4)所示，DS_j的最优开销如式(5)所示：

其中，如式(6)所示：

式(6)中，N₀表示白噪声功率；W表示信道的传输带宽；表示DS_j迁移任务的最大允许迁移时延，且表示DS_j迁移任务的允许时延；表示DS_j迁移任务所需的CPU周期；D_c表示云端计算能力；η表示能量转换效率因子；表示功率分割射频能量采集技术中，在ES_i与DS_j协作情况下，DS_j的最优功率分割因子；h_ij表示ES_i与DS_j之间的信道状态信息；h_jD表示DS_j与基站间的信道状态信息；表示在ES_i与DS_j协作情况下，DS_j的最优采集能量分配因子，用以分配采集到的能量中，转发ES_i任务的能量以及上传DS_j自己任务的能量，如式(7)所示：

ζ＝{2vηH-(n+2w)}² 式(8c)

其中，H＝|h_jD|²，且

ES_i与DS_j协作时的最优开销如式(3)所示：

其中，表示在ES_i与DS_j协作情况下，ES_i的最优传输功率，即ES_i的最低传输功率；表示ES_i迁移任务的最大允许迁移时延，且表示ES_i迁移任务的允许时延，表示ES_i迁移任务所需的CPU周期，D_c表示云端计算能力；

所述步骤30)中，ES_i在协作情况下的开销如式(1)所示：

其中，表示ES_i在与DS_j协作情况下的能量开销，表示ES_i能量开销的权重，表示ES_i在与DS_j协作情况下的流量开销，表示ES_i流量开销的权重；由于终端ES_i没有直接与基站通信，协作中终端ES_i的流量开销等于0，其中，表示ES_i的传输功率，t表示ES_i任务的迁移时延；

DS_j在协作情况下开销如式(2)所示：

其中，表示DS_j在与ES_i协作情况下的能量开销，表示DS_j在与ES_i协作情况下的流量开销，表示DS_j能量开销的权重，表示DS_j流量开销的权重；由于DS_j终端将承担ES_i与DS_j所有迁移任务的数据开销，所以其中，表示ES_i迁移任务的数据尺寸，表示DS_j迁移任务的数据尺寸；

步骤40)计算当ES_i与DS_j不协作时，ES_i的开销和DS_j的开销所述步骤40)中，当ES_i与DS_j不协作时，根据式(10)计算终端ES_i的开销

当ES_i与DS_j不协作时，根据式(11)计算终端DS_j的开销

其中，表示非协作情况下，流量匮乏终端ES_i的能量消耗；如式(12a)所示；表示非协作情况下，流量匮乏终端ES_i的流量消耗，表示非协作情况下，能量匮乏终端DS_j的能量消耗；如式(12b)所示；表示非协作情况下，能量匮乏终端DS_j的流量消耗，

其中，h_iD表示ES_i与基站间的信道状态信息；N₀表示白噪声功率；

步骤50)生成迁移开销矩阵C_M×K；

步骤60)根据步骤50)生成的迁移开销矩阵C_M×K，利用匈牙利算法获得匹配矩阵及多终端协作计算迁移开销。

2.根据权利要求1所述的能量匮乏终端与流量匮乏终端间的协作计算迁移方法，其特征在于，所述步骤50)具体包括：设系统内有M个流量匮乏终端ES与K个能量匮乏终端DS，迁移开销矩阵C_M×K的生成步骤如下：

步骤501)初始化矩阵C_M×K，使矩阵C_M×K中的元素均为1；

步骤502)j＝q₁+1，q₁表示步骤505)返回步骤502)的次数，q₁的初始值为0；

步骤503)i＝q₂+1，q₂表示步骤505)返回步骤503)的次数，q₂的初始值为0；

步骤504)判断是否满足条件，所述条件为且当条件满足时，则将ES_i与DS_j协作时的开销最优值赋值于矩阵C_M×K中的元素c_ij；当条件不满足时，则将无穷大赋值于矩阵C_M×K中的元素c_ij；

步骤505)判断jK是否成立，如果不成立，则判断iM是否成立；如果成立，则结束循环，生成迁移开销矩阵C_M×K；

所述判断iM是否成立，包括：如果iM不成立，则返回步骤503)；如果iM成立，则返回步骤502)，且步骤503)中q₂值为0。