[发明专利]一种基于可变带宽信道的分布式运算卸载方法

说明书

本发明公开了一种基于可变带宽信道的分布式运算卸载方法，在分布式无线网络中，运算需求较大的终端可将部分数据卸载给周边终端处理，从而在给定时限内完成数据处理任务，终端具有差异化的卸载需求，可按需使用不同数量的频谱资源，此外，终端能够根据网络拓扑等情况重叠使用部分频谱资源，通过较优响应学习算法，以分布式的决策方法实现全网能耗最小化。本发明能够将差异化的卸载需求与有限的频谱资源更好适配，频谱资源利用率更高，并且终端能够共享频谱资源，用频方式更加灵活，通信性能能够得到提升。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，具体涉及一种基于可变带宽信道的分布式运算卸载方法。

背景技术

分布式无线网络中，终端通常具有差异化的运算需求和运算能力。运算需求大的终端可将部分运算量卸载给附近运算需求小、运算能力强的终端，从而在给定时限内完成数据处理任务。将有卸载需求的终端称为用户，提供运算服务的终端称为帮助者，一个用户和一个帮助者构成的通信链路称为一个D2D对。此类技术被称为D2D（device-to-device）辅助的移动边缘计算技术，已广泛应用于触觉互联网、物联网等场景。

在有限频谱资源的约束下，现有相关工作大多假设D2D对工作于同构信道上，并由一个控制中心集中决策所有用户的卸载比例、卸载信道、卸载功率等行为。此类工作方法存在以下不足：1）在D2D对数量多、决策空间大的情况下，控制中心需要获取所有D2D对的信息、进行集中决策、并下发决策结果，信息交互开销大，实现复杂度高；2）同构的信道带宽与差异化的卸载需求难以适配，从而导致频谱资源利用率不高。

针对上述问题，研究者提出基于可变带宽的分布式信道接入方式。然而，现有相关工作为避免互扰，大多假设用户接入的可变带宽信道不能重叠。此类工作方法尽管考虑了差异化用频需求与有限频谱资源的适配，但由于终端可接入的信道资源受限，通信性能难以得到保证。事实上，当终端工作于可重叠信道上时，尽管会引入互扰，但由于可用频谱资源增多，通信性能在一定情况下能够得到提升。一种极端情况是网络中的用户分布足够稀疏，互扰极小，则全网所有用户复用全频段将能够得到最高的传输速率。

发明内容

本发明的目的是针对可变带宽的分布式信道接入方式所存在的信道不能重叠、资源受限，通信性能难以得到保证的问题，提出一种基于可变带宽信道的分布式运算卸载方法。

本发明的技术方案是：

本发明提供一种基于可变带宽信道的分布式运算卸载方法，该方法包括以下步骤：

步骤1，网络中频谱总带宽为，划分为个连续非重叠子信道，其集合为，各子信道带宽为；则，任一个可变带宽信道由若干连续非重叠子信道构成，共有个D2D对，其集合为，一个D2D对包含一个有卸载需求的用户和一个提供运算服务的帮助者，D2D对中的用户和帮助者分别记为D2D对用户和D2D对帮助者，D2D对用户需要处理的数据量为，处理数据量为需要的处理器周期数目为，网络中所有用户需要在时间内完成数据处理任务，在这期间内，D2D对用户卸载部分数据给D2D对帮助者，再由D2D对帮助者进行远端运算，同时D2D对用户全程对剩余数据进行本地运算；

步骤2，D2D对用户的卸载比例为，则其本地运算频率为，其本地运算能耗为，其中，为D2D对用户的有效切换电容系数；

步骤3，D2D对用户选择若干连续子信道进行运算卸载，其卸载总功率为，其选择的子信道集合为，其卸载的吞吐量为，其中， 为其选择的子信道数量，为D2D对用户和D2D对帮助者之间的信道增益，为背景噪声，为其子信道受到的干扰，其中，D2D对用户为个D2D对中D2D对用户以外的个用户之中的任一个用户，为D2D对用户的卸载总功率， 为D2D对用户选择的子信道数量，为D2D对用户和D2D对帮助者之间的信道增益，表示若D2D对也工作在子信道上，则其对D2D对产生干扰，D2D对用户的卸载时间为，其卸载能耗为；

步骤4，D2D对帮助者的远端运算时间为，其远端运算频率为，其远端运算能耗为，其中，为D2D对帮助者的有效切换电容系数；