南京郵電大學;南京聚慧谷信息技術有限公司王磊獲國家專利權
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龍圖騰網獲悉南京郵電大學;南京聚慧谷信息技術有限公司申請的專利5G超密集網絡中任務卸載及資源分配的聯合優化方法、裝置及介質獲國家發明授權專利權,本發明授權專利權由國家知識產權局授予,授權公告號為:CN114885418B 。
龍圖騰網通過國家知識產權局官網在2025-08-19發布的發明授權授權公告中獲悉:該發明授權的專利申請號/專利號為:202210262724.8,技術領域涉及:H04W72/044;該發明授權5G超密集網絡中任務卸載及資源分配的聯合優化方法、裝置及介質是由王磊;許之琛;竇海娥;鄭寶玉;崔景伍設計研發完成,并于2022-03-17向國家知識產權局提交的專利申請。
本5G超密集網絡中任務卸載及資源分配的聯合優化方法、裝置及介質在說明書摘要公布了:本發明針對5G超密集網絡中存在的因計算能力不足的用戶在處理低時延、高可靠應用而產生的高時延問題,在計算資源和信道資源有限的條件下,實現了卸載策略與資源分配的聯合優化策略。首先,構建5G超密集網絡場景下MEC和本地計算的系統模型,構建了一個最小化任務完成時間的混合整數非線性優化問題,然后針對優化問題提出一種任務卸載決策與資源分配的聯合優化策略。該策略先采用變量替換的方式簡化問題,再采用子問題分解的方式求解,將原問題分解為計算資源分配與信道資源分配兩個子問題,先采用拉格朗日乘子法獲取計算資源的最優解,然后在確定每一次計算資源分配最優解的條件下采用一種基于差分進化思想的信道資源分配算法來進行信道資源分配。
本發明授權5G超密集網絡中任務卸載及資源分配的聯合優化方法、裝置及介質在權利要求書中公布了:1.一種5G超密集網絡中任務卸載及資源分配的聯合優化方法,其特征在于,所述方法包括如下步驟: 建立一個基于OFDMA的包含一個宏基站和多個小基站的超密集網絡場景,其中MEC部署在宏基站中,支持多用戶接入; 獲取網絡基礎信息,所述網絡基礎信息包括:本地終端計算能力,任務平均計算量、數據量,MEC計算能力,信道數目,信道帶寬;根據所述網絡基礎信息分別計算用戶選擇任務在本地以及卸載至MEC的計算時延,并根據香農公式,計算出用戶的傳輸速率和任務卸載時的傳輸時延以及任務卸載至MEC服務器處理的總時延的系統模型及公式; 根據超密集網絡場景和系統模型及公式,提出5G超密集網絡中任務卸載及資源分配的優化目標函數; 根據卸載決策變量和信道資源分配變量之間的關系進行變量替換,使優化目標函數簡化,并對簡化后的優化目標函數進行子問題分解,獲得計算資源分配問題和信道資源分配問題; 分別對計算資源分配問題和信道資源分配問題進行求解,獲得并輸出信道資源分配結果、任務總完成時延; 分別對計算資源分配問題和信道資源分配問題進行求解的方法包括: 將計算資源分配問題轉換為關于服務器計算能力分配的凸函數,引入拉格朗日函數以及KKT條件求得最優計算資源分配值; 根據最優計算資源分配值,采用基于差分進化思想的信道資源分配算法,對信道資源分配問題進行求解,求得最優信道資源分配,輸出信道資源分配結果、任務總完成時延; 根據最優計算資源分配值,采用基于差分進化思想的信道資源分配算法,對信道資源分配問題進行求解,包括如下步驟: 在解向量取值范圍內隨機均勻生成N個個體組成初始種群,種群的集合表示為Xi={xi,1,xi,2,...,xi,j},其中i=1,2,...,N表示種群的個體的序號,j=1,2,...,DD=Ns×S×K表示解向量的維數;那么第i個個體組成的第j維取值如下所示: xi,j=rand0,1Ui,j-Li,j+Li,j 其中Li,j表示第i個解向量第j維的下界,Ui,j表示第i個解向量第j維的上界;rand0,1表示表示隨機值為“0”或“1”; 差分進化算法通過隨機選取種群中兩個不同的個體間,將其差值進行縮放,再加上其它個體,生成新的變異個體;第m次迭代中變異個體Vim如下式: Vim=FXpm-1-Xqm-1+Xkm-1 其中Xpm-1、Xqm-1、Xkm-1是父代中生成種群的三個不同的個體解向量,F為縮放因子;在進行變異操作中,必須確定種群中的每個個體是否滿足邊界條件,即Li,j≤vi,jm≤Ui,j; 將父代種群中每個個體的分量和對應的變異個體中的分量進行交換,操作如下: 其中randi1,n表示1到n中隨機選取的整數,保證交叉個體中至少有一個基因由父代中對應個體提供,CR為交叉概率,CR影響算法的收斂速度和種群豐富程度,CR越大,有利于全局尋優,CR越小,有利于達到局部最優; 獲得適應度函數: 其中為懲罰函數,表示如下: 其中和為大于零的懲罰因子;表示完成任務需要的總CPU周期數;表示任務的數據量;表示給定信道分配矩陣C0后的任務的上行傳輸時延,表示SBS組成的集合,表示卸載用戶的集合,表示子信道的集合;表示任務的總完成時延,表示UE的卸載決策,若表示任務卸載至邊緣服務器計算,表示任務在本地處理;表示信道分配值,表示UEns使用子信道k進行卸載,表示UEns不使用子信道k進行卸載;表示MEC為UEns分配的計算資源;fm表示MEC的最大計算能力;表示任務的最大可容忍時延; 通過變異和交叉操作后獲得了一組交叉個體,將它們與父代種群中對應的個體帶入適應度函數進行比較,遵照貪婪策略,留下適應度高的下一代的父代個體;貪婪選擇策略如下所示: 其中F*m為第m代個體對應的最優MEC計算資源分配矩陣。
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