[发明专利]一种面向电力物联网海量终端的多尺度多维资源分配方法

说明书

本发明属于电力物联网技术领域，特别涉及一种面向电力物联网海量终端的多尺度多维资源分配方法，包括(1)构建系统模型，具体为构建出一种基于NOMA‑边缘计算的PIoT场景，该场景由基站BS、边缘服务器以及大量具有有限能源和计算资源的PIoT设备组成；(2)模型的细化，包括设备端流量模型、本地任务处理模型、任务卸载模型；(3)队列时延约束和优化问题的提出与转化，包括队列时延约束、优化问题的提出、优化问题的转化；(4)多时间尺度、多维度资源分配与任务划分，包括资源块分配、任务划分、计算资源分配。

技术领域

本发明属于电力物联网技术领域，特别涉及一种面向电力物联网海量终端的多尺度多维资源分配方法。

背景技术

电力物联网(Power Internet of Things，PIoT)是工业物联网(Industrial IoT，IIoT)在智能电网中的典型应用，为实现人、基础设施和机器之间的相互连接，需要在电力系统各部分中部署数百万台设备。随着需求响应，精确负载控制以及高级计量基础设施等智能电网业务的飞速发展，每台PIoT设备将产生大量计算密集型和时延敏感的任务。由于能量，存储和计算资源有限，在本地计算资源受限的PIoT设备上处理这些具有严格要求的任务是不切实际的。

通过在网络边缘部署具有丰富的存储和计算资源的边缘服务器，边缘计算技术提供了一种有效的解决方案。PIoT设备可以将过多的任务卸载到边缘服务器，从而减少任务处理时延并节省能量。由此可知，通过集成边缘计算和PIoT可以有效实现实时任务处理，平衡网络负载，从而延长网络寿命。然而，随着设备数量的爆炸性增长，庞大的连接需求与有限的频谱资源之间的矛盾变得越来越尖锐。因此，对于由大量的PIoT设备组成的网络，频谱资源的有效利用是非常紧迫且重要的。

非正交多址访问技术(non-orthogonal multiple access，NOMA)允许多个设备同时在同一频谱资源中传输数据，而且基站(base station，BS)可以使用连续干扰消除技术(successive interference cancellation，SIC)来有效缓解不同设备之间的同信道干扰，显著提高频谱效率。因此，将NOMA和边缘计算集成到PIoT中将带来巨大的潜在优势，如大规模连接，节能和降低时延。因此，迫切需要在电力物联网场景下设计一种基于NOMA和边缘计算的有效的资源分配与任务划分方法，从而可以在有限的频谱资源下满足庞大的PIoT设备连接需求。

发明内容

1、构建系统模型

如附图1所示，本发明考虑的是一种典型的基于NOMA-边缘计算的PIoT场景，该场景由基站BS、边缘服务器以及大量具有有限能源和计算资源的PIoT设备组成，设PIoT设备的数量为M个，

其中，BS与边缘服务器位于同一位置，可以为M个PIoT设备提供无线电接入和计算服务，M个PIoT设备的集合被表示为PIoT设备可以将其任务放到BS上进行处理，也可以在本地进行处理，

本发明采用离散时隙模型，将总的优化时间划分为T个时隙，每个时隙的持续时间为τ，T个时隙的集合表示为同时，本发明为准静态场景，即信道状态信息CSI在一个时隙中保持不变，但在不同时隙间发生变化；在大时间尺度上，本发明将连续的T₀个时隙组合成一个时间段，并由集合表示，且第s个时间段由表示；此外，采用正交频谱资源划分方法，将频谱资源划分为频域带宽为B和时域持续时间为T₀τ的N个时频资源块RBs，其集合由表示，

本发明考虑了一个多时间尺度的多维资源分配和任务划分问题，其中资源块分配、任务划分和计算资源分配在不同的时间尺度上被联合优化，具体地说，在每个时间段开始时，在大时间尺度上对资源块分配问题进行优化求解，同时，资源块(resource block，RB)分配策略由二进制指示符表示，其中表示在第s个时间段资源块RB n被分配给设备m，否则，然后在每个时隙中，基于资源块分配策略，任务划分和计算资源分配问题在小时间尺度上被联合优化，

2、模型的细化