CN112383949A - 一种边缘计算与通信资源分配方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种边缘计算与通信资源分配方法，包括获取任务、计算资源块和通信频率资源块，以及确定参与计算的参数值；计算各任务的平均信道增益，以对所有任务进行分簇；给各簇中的所有任务均分配有至少一个计算资源块，使每一个任务的任务计算时间均小于各自对应的任务传输上限时间；给各簇中的所有任务均分配有至少一个通信频率资源块，分配通信频率资源块，使每一个任务的数据传输率均大于等于各自对应的最小数据传输率。实施本发明，不仅实现了计算资源和通信资源的联合分配，最大化利用效率，还避免了无效的资源开支，降低了功耗。
Description
技术领域
本发明涉及物联网技术领域，尤其涉及一种边缘计算与通信资源分配方法及系统。
背景技术
随着物联网的快速发展，海量终端布置在配电网的智能配电房、智能管廊以及智能台区。为了提高数据运算效率和通信可靠性，需要通过逐步构建边缘计算中心，实现信息的就地处理和决策。由于部分智能终端(如配电网同步向量终端、视频侦测以及级差保护终端等)需要低时延、大容量的数据传输，且在实现良好系统吞吐量的同时，为了保持接收的低成本，因此在第四代无线网络中采用了正交多址接入技术。
然而，为了满足第五代无线网络中频谱效率提升5～15倍的需求，业内提出在第四代无线网络中采用新型多址接入复用方式(即非正交多址接入)。非正交多址接入方式可将一个资源分配给多个任务，且在服务多个任务的同时，可通过相同的无线电资源支持更多的任务，从而显著增加网络处理能力。
但是，基于非正交多址接入技术的传统边缘计算与通信资源分配方法，因计算资源和通信资源采用整体打包分配方式而不加以区分，从而导致整体利用率效率低，且无效功耗增加。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种边缘计算与通信资源分配方法及系统，不仅实现了计算资源和通信资源的联合分配，最大化利用效率，还避免了无效的资源开支，降低了功耗。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种边缘计算与通信资源分配方法，其在基于非正交多址接入技术的无线网络上实现，所述方法包括以下步骤：
获取任务、计算资源块和通信频率资源块，以及任务总数、计算资源块总数和通信频率资源块总数，并确定每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益，确定每一个任务的任务传输上限时间、任务数据量和工作数据流，以及确定单个计算资源块及单个通信频率资源块各自中央处理的运行周期数目；
根据每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益以及通信频率资源块总数，计算各任务的平均信道增益，并根据所计算的各任务的平均信道增益，将所有任务进行归类分簇；
给各簇中的所有任务均分配有至少一个计算资源块，并使每一个任务根据各自分配的计算资源块数目获得的任务计算时间均小于各自对应的任务传输上限时间；其中，每一个任务的任务计算时间均根据各任务的工作数据流、各任务分配到的计算资源块数目及单个计算资源块中央处理的运行周期数目来决定；
给各簇中的所有任务均分配有至少一个通信频率资源块，并使每一个任务根据各自分配的通信频率资源块数目获得的数据传输率均大于等于各自对应的最小数据传输率；其中，每一个任务的数据传输率均根据各任务的任务数据量、各任务的工作数据流、各任务分配到的通信频率资源块数目及单个通信频率资源块中央处理的运行周期数目来决定；每一任务的最小数据传输率均根据各任务的任务数据量、各任务的任务传输上限时间及各任务的任务计算时间来决定。
其中，所述根据每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益以及通信频率资源块总数，计算各任务的平均信道增益，并根据所计算的各任务的平均信道增益，将所有任务进行归类分簇的具体步骤包括：
根据公式
计算出各任务的平均信道增益；其中，
表示任务u的平均信道增益；Rf表示通信频率资源块集合；Mf表示通信频率资源块总数；
表示任务u和通信频率资源块r之间的信道增益；
根据所计算的各任务的平均信道增益，使用聚类算法对所有任务进行分簇，并使每一个簇中至少有两个任务；其中，各簇中的任务均按照平均信道增益从高到低的方式进行排序。
其中，所述给各簇中的所有任务均分配有至少一个计算资源块，并使每一个任务根据各自分配的计算资源块数目获得的任务计算时间均小于各自对应的任务传输上限时间的具体步骤包括：
遍历各簇中的所有任务，并给每一个任务分配有至少一个计算资源块；
根据公式
计算出每一个任务的任务计算时间；其中，Qu表示任务u的任务计算时间；
为布尔变量，表示任务u为簇i中第j个任务；I表示非正交多址接入簇集合；J表示1个簇中任务排序集合；xi,j表示分配给簇i第j个任务的计算资源块数目；λu为任务u的工作数据流；C为单个计算资源块中央处理的运行周期数目；
若检测到某一任务的任务计算时间大于等于其对应的任务传输上限时间，则逐次再分配一个计算资源块，直至重新计算所得的任务计算时间小于对应的任务传输上限时间为止。
其中，所述方法进一步包括：
根据计算资源块总数，对计算资源块剩余情况进行检测，且在检测到计算资源块出现剩余时，筛选出各簇中符合第一预定条件的任务，并按照第一预设分配方式，将剩余计算资源块分别分配给各簇中所筛选出的任务。
其中，所述在检测到计算资源块出现剩余时，筛选出各簇中符合第一预定条件的任务，并按照第一预设分配方式，将剩余计算资源块分别分配给各簇中所筛选出的任务的具体步骤包括：
在计算资源块出现剩余时，根据公式
计算出各簇中每一个任务均增加1个计算资源块后的数据传输率指标变化量；其中，
表示簇i中第j个任务u增加1个计算资源块后的数据传输率指标变化量；
表示簇i中第j个任务u的任务数据量；
表示簇i中第j个任务u的任务传输上限时间；
表示簇i中第j个任务u在计算资源块增加之前的任务计算时间；
表示簇i中第j个任务u在计算资源块增加之后的任务计算时间；
根据所计算出的各簇中每一个任务均增加1个计算资源块后的数据传输率指标变化量，分别在各簇中筛选出数据传输率指标变化量最大的任务；
按照簇总数，将剩余计算资源块进行均分，并进一步将均分后的计算资源块均对应分配给各簇中数据传输率指标变化量最大的任务。
其中，所述给各簇中的所有任务均分配有至少一个通信频率资源块，并使每一个任务根据各自分配的通信频率资源块数目获得的数据传输率均大于等于各自对应的最小数据传输率的具体步骤包括：
遍历各簇中的所有任务，并给每一个任务分配有至少一个通信频率资源块；
根据公式
计算出每一个任务的数据传输率；其中，Ru表示任务u的数据传输率；Lu表示任务u的任务数据量；
表示任务u分配有通信频率资源块时的任务传输时间，且
为布尔变量，表示任务u为簇i中第j个任务；I表示非正交多址接入簇集合；J表示1个簇中任务排序集合；yi,j表示分配给簇i第j个任务的通信频率资源块数目；λu为任务u的工作数据流；B为单个通信频率资源块中央处理的运行周期数目；
根据公式
计算出每一个任务的最小数据传输率；其中，Rmin表示任务u的最小数据传输率；Du表示任务u的任务传输上限时间；Qu表示任务u的任务传输时间；
若检测到某一任务的数据传输率小于其对应的最小数据传输率，则逐次再分配一个通信频率资源块，直至重新计算所得的数据传输率大于等于对应的最小数据传输率为止。
其中，所述方法进一步包括：
根据通信频率资源块总数，对通信频率资源块剩余情况进行检测，且在检测到通信频率资源块出现剩余时，筛选出符合第二预定条件的簇，并按照第二预设分配方式，将剩余通信频率资源块分别分配给所筛选簇中的所有任务。
其中，所述在检测到通信频率资源块出现剩余时，筛选出符合第二预定条件的簇，并按照第二预设分配方式，将剩余通信频率资源块分别分配给所筛选簇中的所有任务的具体步骤包括：
在通信频率资源块出现剩余时，将各簇中每一个任务在r个通信频率资源块增加之前的任务传输时间与之后的任务传输时间进行对比；
根据对比结果，筛选出所有任务均满足
的簇；其中，
表示任务u在r个通信频率资源块增加之前的任务传输时间；
表示任务u在r个通信频率资源块增加之后的任务传输时间；e表示预设的时间约束值；
根据所筛选簇中任务总数，将剩余通信频率资源块进行均分，并进一步将均分后的通信频率资源块均对应分配给所筛选簇中的所有任务。
本发明实施例还提供了一种边缘计算与通信资源分配系统，用于非正交多址接入技术的无线网络上，包括：
数据获取单元，用于获取任务、计算资源块和通信频率资源块，以及任务总数、计算资源块总数和通信频率资源块总数，并确定每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益，确定每一个任务的任务传输上限时间、任务数据量和工作数据流，以及确定单个计算资源块及单个通信频率资源块各自中央处理的运行周期数目；
任务分簇单元，用于根据每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益以及通信频率资源块总数，计算各任务的平均信道增益，并根据所计算的各任务的平均信道增益，将所有任务进行归类分簇；
计算资源分配单元，用于给各簇中的所有任务均分配有至少一个计算资源块，并使每一个任务根据各自分配的计算资源块数目获得的任务计算时间均小于各自对应的任务传输上限时间；其中，每一个任务的任务计算时间均根据各任务的工作数据流、各任务分配到的计算资源块数目及单个计算资源块中央处理的运行周期数目来决定；
通信频率资源分配单元，用于给各簇中的所有任务均分配有至少一个通信频率资源块，并使每一个任务根据各自分配的通信频率资源块数目获得的数据传输率均大于等于各自对应的最小数据传输率；其中，每一个任务的数据传输率均根据各任务的任务数据量、各任务的工作数据流、各任务分配到的通信频率资源块数目及单个通信频率资源块中央处理的运行周期数目来决定；每一任务的最小数据传输率均根据各任务的任务数据量、各任务的任务传输上限时间及各任务的任务计算时间来决定。
其中，所述任务分簇单元包括：
增益计算模块，用于根据公式
计算出各任务的平均信道增益；其中，
表示任务u的平均信道增益；Rf表示通信频率资源块集合；Mf表示通信频率资源块总数；
表示任务u和通信频率资源块r之间的信道增益；
聚类分簇模块，用于根据所计算的各任务的平均信道增益，使用聚类算法对所有任务进行分簇，并使每一个簇中至少有两个任务；其中，各簇中的任务均按照平均信道增益从高到低的方式进行排序。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明基于非正交多址接入技术的资源多分发特点，通过任务聚类、计算资源分配和通信频率资源分配来实现能耗最小，不仅实现了计算资源和通信资源的联合分配，最大化利用效率，还避免了无效的资源开支，降低了功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的一种边缘计算与通信资源分配方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种边缘计算与通信资源分配系统的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种边缘计算与通信资源分配方法，其在基于非正交多址接入技术的无线网络上实现，所述方法包括以下步骤：
步骤S1、获取任务、计算资源块和通信频率资源块，以及任务总数、计算资源块总数和通信频率资源块总数，并确定每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益，确定每一个任务的任务传输上限时间、任务数据量和工作数据流，以及确定单个计算资源块及单个通信频率资源块各自中央处理的运行周期数目；
具体过程为，首先，获取任务、计算资源块和通信频率资源块，并统计出任务总数、计算资源块总数和通信频率资源块总数，以便后续任务分簇及资源分配；应当说明的是，计算资源块总数和通信频率资源块总数均应远远大于任务总数。
其次，对参与计算的参数进行初始化设置，包括确定每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益，确定每一个任务的任务传输上限时间、任务数据量和工作数据流，以及确定单个计算资源块及单个通信频率资源块各自中央处理的运行周期数目。
步骤S2、根据每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益以及通信频率资源块总数，计算各任务的平均信道增益，并根据所计算的各任务的平均信道增益，将所有任务进行归类分簇；
具体过程为，首先，根据公式(1)，计算出各任务的平均信道增益；
其中，
表示任务u的平均信道增益；Rf表示通信频率资源块集合；Mf表示通信频率资源块总数；
表示任务u和通信频率资源块r之间的信道增益。
其次，根据所计算的各任务的平均信道增益，使用聚类算法(或支持向量机、决策树等)对所有任务进行分簇，并使每一个簇中至少有两个任务；其中，各簇中的任务均按照平均信道增益从高到低的方式进行排序。
应当说明的是，分簇方式所涉及的算法均为本技术领域的常用技术手段，在此不再一一赘述。同时，每个任务只能被分配到一个簇中，即
其中，
为布尔变量，表示任务u为簇i中第j个任务。
可以理解的是，任务还可以先排序再归类到簇中，如将平均信道增益较高的任务分配给低阶排序的簇，将平均信道增益较低的任务分配给高阶排序的簇，同时各簇中的任务进一步按照平均信道增益从高到低的方式进行排序。这时，每个任务u在簇i中都会有对应序号j，即表示为ui,j。
步骤S3、给各簇中的所有任务均分配有至少一个计算资源块，并使每一个任务根据各自分配的计算资源块数目获得的任务计算时间均小于各自对应的任务传输上限时间；其中，每一个任务的任务计算时间均根据各任务的工作数据流、各任务分配到的计算资源块数目及单个计算资源块中央处理的运行周期数目来决定；
具体过程为，首先，遍历各簇中的所有任务，并给每一个任务分配有至少一个计算资源块；应当说明的是，分配的计算资源块数目可以随机或指定数量。
其次，根据公式(2)，计算出每一个任务的任务计算时间；
其中，Qu表示任务u的任务计算时间；
为布尔变量，表示任务u为簇i中第j个任务；I表示非正交多址接入簇集合；J表示1个簇中任务排序集合；xi,j表示分配给簇i第j个任务的计算资源块数目；λu为任务u的工作数据流；C为单个计算资源块中央处理的运行周期数目。
最后，若检测到某一任务的任务计算时间大于等于其对应的任务传输上限时间，则逐次再分配一个计算资源块，即xi,j＝xi,j+1，直至重新计算所得的任务计算时间小于对应的任务传输上限时间为止。
可以理解的是，计算资源块分配也可优先确保当前任务满足任务计算时间大于等于其对应的任务传输上限时间要求后，再对下一任务进行分配，直至所有任务都分配有计算资源块为止。该分配方式尤其适合分簇过程中，平均信道增益较高的任务分配给低阶排序的簇，平均信道增益较低的任务分配给高阶排序的簇的状态。
在一个实施例中，簇A包括任务a1～a5，簇B包括任务b1～b3，簇C包括任务c1～c4，其中，任务a1～a5在簇A中按照平均信道增益从高到低排序，任务b1～b3在簇B中按照平均信道增益从高到低排序，任务c1～c4在簇C中按照平均信道增益从高到低排序；
首先，计算资源块分配数量为随机1个，给任务a1～a5、b1～b3及c1～c4；
然后，判断任务a1～a5、b1～b3及c1～c4各自的任务计算时间是否大于等于其对应的任务传输上限时间；若存在，则将相应任务提取出来；若不存在，则结束计算资源块分配；
最后，将提取出来的任务，并让每一个提取出来的任务均通过再分配1个计算资源块，继续判断任务计算时间和任务传输上限时间，还是不行，则继续分配1个计算资源块，直至满足上述判断条件为止的方式进行计算资源块分配，从而完成得到任务a1～a5、b1～b3及c1～c4的计算资源块最终分配。
在另一个实施例中，簇A包括任务a1～a5，簇B包括任务b1～b3，簇C包括任务c1～c4，其中，任务a1～a5、b1～b3及c1～c4按照平均信道增益从高到低排序后分给簇A、B、C；
首先，从任务a1开始，先分配1个计算资源块，判断任务a1的任务计算时间是否大于等于其对应的任务传输上限时间；若是，则结束任务a1的计算资源块分配；若否，则再分配1个计算资源块，继续判断任务a1的任务计算时间和任务传输上限时间，还是不行，则继续分配1个计算资源块，直至满足上述判断条件为止，即结束任务a1的计算资源块分配。
然后，按序以此类推，实现任务a2～a5、b1～b3及c1～c4的计算资源块分配，从而完成得到任务a1～a5、b1～b3及c1～c4的计算资源块最终分配。
同时，因计算资源块分配后还有剩余时，可以选择符合第一预定条件(如数据传输率变化最大)的任务优先再次分配，用以提高利用率效率并降低功耗。因此，可以根据计算资源块总数，对计算资源块剩余情况进行检测，且在检测到计算资源块出现剩余时，筛选出各簇中符合第一预定条件的任务，并按照第一预设分配方式，将剩余计算资源块分别分配给各簇中所筛选出的任务。
此时，上述剩余计算资源块再分配的具体实现过程如下：
(1)在计算资源块出现剩余时，根据公式(3)，计算出各簇中每一个任务均增加1个计算资源块后的数据传输率指标变化量；
其中，
表示簇i中第j个任务u增加1个计算资源块后的数据传输率指标变化量；
表示簇i中第j个任务u的任务数据量；
表示簇i中第j个任务u的任务传输上限时间；
表示簇i中第j个任务u在计算资源块增加之前的任务计算时间；
表示簇i中第j个任务u在计算资源块增加之后的任务计算时间；
(2)根据所计算出的各簇中每一个任务均增加1个计算资源块后的数据传输率指标变化量
分别在各簇中筛选出数据传输率指标变化量最大的任务ui,*；其中，
(3)按照簇总数N，将剩余计算资源块进行均分，并进一步将均分后的计算资源块均对应分配给各簇中数据传输率指标变化量最大的任务，即剩余计算资源块分成N份全部给
应当说明的是，若剩余计算资源块若不能整除簇总数，则余数可以调节给低阶排序的簇中数据传输率指标变化量最大的任务。
在一个实施例中，簇A、B、C分配完还剩余6个计算资源块，则等分成3份，每2个计算资源块对应分配给簇A、B、C中数据传输率指标变化量最大的任务。
步骤S4、给各簇中的所有任务均分配有至少一个通信频率资源块，并使每一个任务根据各自分配的通信频率资源块数目获得的数据传输率均大于等于各自对应的最小数据传输率；其中，每一个任务的数据传输率均根据各任务的任务数据量、各任务的工作数据流、各任务分配到的通信频率资源块数目及单个通信频率资源块中央处理的运行周期数目来决定；每一任务的最小数据传输率均根据各任务的任务数据量、各任务的任务传输上限时间及各任务的任务计算时间来决定。
具体过程为，首先，遍历各簇中的所有任务，并给每一个任务分配有至少一个通信频率资源块；应当说明的是，分配的通信频率资源块数目可以随机或指定数量。
其次，根据公式(4)，计算出每一个任务的数据传输率；
其中，Ru表示任务u的数据传输率；Lu表示任务u的任务数据量；
表示任务u分配有通信频率资源块时的任务传输时间，并通过公式(5)来计算；
其中，
为布尔变量，表示任务u为簇i中第j个任务；I表示非正交多址接入簇集合；J表示1个簇中任务排序集合；yi,j表示分配给簇i第j个任务的通信频率资源块数目；λu为任务u的工作数据流；B为单个通信频率资源块中央处理的运行周期数目。
接着，根据公式(6)，计算出每一个任务的最小数据传输率；
其中，Rmin表示任务u的最小数据传输率；Du表示任务u的任务传输上限时间；Qu表示任务u的任务传输时间；
最后，若检测到某一任务的数据传输率Ru小于其对应的最小数据传输率Rmin，则逐次再分配一个通信频率资源块，直至重新计算所得的数据传输率大于等于对应的最小数据传输率为止。
可以理解的是，通信频率资源块分配也可优先确保当前任务满足数据传输率Ru小于其对应的最小数据传输率Rmin要求后，再对下一任务进行分配，直至所有任务都分配有通信频率资源块为止。该分配方式尤其适合分簇过程中，平均信道增益较高的任务分配给低阶排序的簇，平均信道增益较低的任务分配给高阶排序的簇的状态，具体实例类似步骤S3中计算资源块的实例，在此不再举例说明。
同时，因通信频率资源块分配后还有剩余时，可以选择符合第二预定条件(如任务完成时间差满足一定条件)簇中的任务优先再次分配，用以提高利用率效率并降低功耗。因此，可以根据通信频率资源块总数，对通信频率资源块剩余情况进行检测，且在检测到通信频率资源块出现剩余时，筛选出符合第二预定条件的簇，并按照第二预设分配方式，将剩余通信频率资源块分别分配给所筛选簇中的所有任务。
此时，上述剩余通信频率资源块再分配的具体实现过程如下：
(1)在通信频率资源块出现剩余时，将各簇中每一个任务在r个通信频率资源块增加之前的任务传输时间与之后的任务传输时间进行对比；
(2)根据对比结果，筛选出所有任务均满足公式(7)的簇；
其中，
表示任务u在r个通信频率资源块增加之前的任务传输时间；
表示任务u在r个通信频率资源块增加之后的任务传输时间；e表示预设的时间约束值；
(3)根据所筛选簇中任务总数，将剩余通信频率资源块进行均分，并进一步将均分后的通信频率资源块均对应分配给所筛选簇中的所有任务。
在一个实施例中，簇A、B、C分配完还剩余6个通信频率资源块，此时簇B为筛选出来的簇，因簇B包括任务b1～b3，则6个通信频率资源块等分成3份，每2个计算资源块对应分配给簇B中任务b1～b3。
如图2所示，为本发明实施例中，提供的一种边缘计算与通信资源分配系统，用于非正交多址接入技术的无线网络上，包括：
数据获取单元110，用于获取任务、计算资源块和通信频率资源块，以及任务总数、计算资源块总数和通信频率资源块总数，并确定每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益，确定每一个任务的任务传输上限时间、任务数据量和工作数据流，以及确定单个计算资源块及单个通信频率资源块各自中央处理的运行周期数目；
任务分簇单元120，用于根据每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益以及通信频率资源块总数，计算各任务的平均信道增益，并根据所计算的各任务的平均信道增益，将所有任务进行归类分簇；
计算资源分配单元130，用于给各簇中的所有任务均分配有至少一个计算资源块，并使每一个任务根据各自分配的计算资源块数目获得的任务计算时间均小于各自对应的任务传输上限时间；其中，每一个任务的任务计算时间均根据各任务的工作数据流、各任务分配到的计算资源块数目及单个计算资源块中央处理的运行周期数目来决定；
通信频率资源分配单元140，用于给各簇中的所有任务均分配有至少一个通信频率资源块，并使每一个任务根据各自分配的通信频率资源块数目获得的数据传输率均大于等于各自对应的最小数据传输率；其中，每一个任务的数据传输率均根据各任务的任务数据量、各任务的工作数据流、各任务分配到的通信频率资源块数目及单个通信频率资源块中央处理的运行周期数目来决定；每一任务的最小数据传输率均根据各任务的任务数据量、各任务的任务传输上限时间及各任务的任务计算时间来决定。
其中，所述任务分簇单元110包括：
增益计算模块1101，用于根据公式
计算出各任务的平均信道增益；其中，
表示任务u的平均信道增益；Rf表示通信频率资源块集合；Mf表示通信频率资源块总数；
表示任务u和通信频率资源块r之间的信道增益；
聚类分簇模块1102，用于根据所计算的各任务的平均信道增益，使用聚类算法对所有任务进行分簇，并使每一个簇中至少有两个任务；其中，各簇中的任务均按照平均信道增益从高到低的方式进行排序。
其中，所述计算资源分配单元130包括：
第一遍历分配模块1301，用于遍历各簇中的所有任务，并给每一个任务分配有至少一个计算资源块；
第一计算模块1302，用于根据公式
计算出每一个任务的任务计算时间；其中，Qu表示任务u的任务计算时间；
为布尔变量，表示任务u为簇i中第j个任务；I表示非正交多址接入簇集合；J表示1个簇中任务排序集合；xi,j表示分配给簇i第j个任务的计算资源块数目；λu为任务u的工作数据流；C为单个计算资源块中央处理的运行周期数目；
第一再分配模块1303，用于若检测到某一任务的任务计算时间大于等于其对应的任务传输上限时间，则逐次再分配一个计算资源块，直至重新计算所得的任务计算时间小于对应的任务传输上限时间为止；
第二再分配模块1304，用于根据计算资源块总数，对计算资源块剩余情况进行检测，且在检测到计算资源块出现剩余时，筛选出各簇中符合第一预定条件的任务，并按照第一预设分配方式，将剩余计算资源块分别分配给各簇中所筛选出的任务。
其中，所述通信频率资源分配单元140包括：
第二遍历分配模块1401，用于遍历各簇中的所有任务，并给每一个任务分配有至少一个通信频率资源块；
第二计算模块1402，用于根据公式
计算出每一个任务的数据传输率；其中，Ru表示任务u的数据传输率；Lu表示任务u的任务数据量；
表示任务u分配有通信频率资源块时的任务传输时间，且
为布尔变量，表示任务u为簇i中第j个任务；I表示非正交多址接入簇集合；J表示1个簇中任务排序集合；yi,j表示分配给簇i第j个任务的通信频率资源块数目；λu为任务u的工作数据流；B为单个通信频率资源块中央处理的运行周期数目；
第三计算模块1403，用于根据公式
计算出每一个任务的最小数据传输率；其中，Rmin表示任务u的最小数据传输率；Du表示任务u的任务传输上限时间；Qu表示任务u的任务传输时间；
第三再分配模块1404，用于若检测到某一任务的数据传输率小于其对应的最小数据传输率，则逐次再分配一个通信频率资源块，直至重新计算所得的数据传输率大于等于对应的最小数据传输率为止；
第四再分配模块1405，用于根据通信频率资源块总数，对通信频率资源块剩余情况进行检测，且在检测到通信频率资源块出现剩余时，筛选出符合第二预定条件的簇，并按照第二预设分配方式，将剩余通信频率资源块分别分配给所筛选簇中的所有任务。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明基于非正交多址接入技术的资源多分发特点，通过任务聚类、计算资源分配和通信频率资源分配来实现能耗最小，不仅实现了计算资源和通信资源的联合分配，最大化利用效率，还避免了无效的资源开支，降低了功耗。
值得注意的是，上述系统实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种边缘计算与通信资源分配方法，其在基于非正交多址接入技术的无线网络上实现，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
获取任务、计算资源块和通信频率资源块，以及任务总数、计算资源块总数和通信频率资源块总数，并确定每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益，确定每一个任务的任务传输上限时间、任务数据量和工作数据流，以及确定单个计算资源块及单个通信频率资源块各自中央处理的运行周期数目；
根据每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益以及通信频率资源块总数，计算各任务的平均信道增益，并根据所计算的各任务的平均信道增益，将所有任务进行归类分簇；
给各簇中的所有任务均分配有至少一个计算资源块，并使每一个任务根据各自分配的计算资源块数目获得的任务计算时间均小于各自对应的任务传输上限时间；其中，每一个任务的任务计算时间均根据各任务的工作数据流、各任务分配到的计算资源块数目及单个计算资源块中央处理的运行周期数目来决定；
给各簇中的所有任务均分配有至少一个通信频率资源块，并使每一个任务根据各自分配的通信频率资源块数目获得的数据传输率均大于等于各自对应的最小数据传输率；其中，每一个任务的数据传输率均根据各任务的任务数据量、各任务的工作数据流、各任务分配到的通信频率资源块数目及单个通信频率资源块中央处理的运行周期数目来决定；每一任务的最小数据传输率均根据各任务的任务数据量、各任务的任务传输上限时间及各任务的任务计算时间来决定。
2.如权利要求1所述的边缘计算与通信资源分配方法，其特征在于，所述根据每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益以及通信频率资源块总数，计算各任务的平均信道增益，并根据所计算的各任务的平均信道增益，将所有任务进行归类分簇的具体步骤包括：
根据公式
计算出各任务的平均信道增益；其中，
表示任务u的平均信道增益；Rf表示通信频率资源块集合；Mf表示通信频率资源块总数；
表示任务u和通信频率资源块r之间的信道增益；
根据所计算的各任务的平均信道增益，使用聚类算法对所有任务进行分簇，并使每一个簇中至少有两个任务；其中，各簇中的任务均按照平均信道增益从高到低的方式进行排序。
3.如权利要求1所述的边缘计算与通信资源分配方法，其特征在于，所述给各簇中的所有任务均分配有至少一个计算资源块，并使每一个任务根据各自分配的计算资源块数目获得的任务计算时间均小于各自对应的任务传输上限时间的具体步骤包括：
遍历各簇中的所有任务，并给每一个任务分配有至少一个计算资源块；
根据公式
计算出每一个任务的任务计算时间；其中，Qu表示任务u的任务计算时间；
为布尔变量，表示任务u为簇i中第j个任务；I表示非正交多址接入簇集合；J表示1个簇中任务排序集合；xi,j表示分配给簇i第j个任务的计算资源块数目；λu为任务u的工作数据流；C为单个计算资源块中央处理的运行周期数目；
若检测到某一任务的任务计算时间大于等于其对应的任务传输上限时间，则逐次再分配一个计算资源块，直至重新计算所得的任务计算时间小于对应的任务传输上限时间为止。
4.如权利要求3所述的边缘计算与通信资源分配方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
根据计算资源块总数，对计算资源块剩余情况进行检测，且在检测到计算资源块出现剩余时，筛选出各簇中符合第一预定条件的任务，并按照第一预设分配方式，将剩余计算资源块分别分配给各簇中所筛选出的任务。
5.如权利要求4所述的边缘计算与通信资源分配方法，其特征在于，所述在检测到计算资源块出现剩余时，筛选出各簇中符合第一预定条件的任务，并按照第一预设分配方式，将剩余计算资源块分别分配给各簇中所筛选出的任务的具体步骤包括：
在计算资源块出现剩余时，根据公式
计算出各簇中每一个任务均增加1个计算资源块后的数据传输率指标变化量；其中，
表示簇i中第j个任务u增加1个计算资源块后的数据传输率指标变化量；
表示簇i中第j个任务u的任务数据量；
表示簇i中第j个任务u的任务传输上限时间；
表示簇i中第j个任务u在计算资源块增加之前的任务计算时间；
表示簇i中第j个任务u在计算资源块增加之后的任务计算时间；
根据所计算出的各簇中每一个任务均增加1个计算资源块后的数据传输率指标变化量，分别在各簇中筛选出数据传输率指标变化量最大的任务；
按照簇总数，将剩余计算资源块进行均分，并进一步将均分后的计算资源块均对应分配给各簇中数据传输率指标变化量最大的任务。
6.如权利要求1所述的边缘计算与通信资源分配方法，其特征在于，所述给各簇中的所有任务均分配有至少一个通信频率资源块，并使每一个任务根据各自分配的通信频率资源块数目获得的数据传输率均大于等于各自对应的最小数据传输率的具体步骤包括：
遍历各簇中的所有任务，并给每一个任务分配有至少一个通信频率资源块；
根据公式
计算出每一个任务的数据传输率；其中，Ru表示任务u的数据传输率；Lu表示任务u的任务数据量；
表示任务u分配有通信频率资源块时的任务传输时间，且
为布尔变量，表示任务u为簇i中第j个任务；I表示非正交多址接入簇集合；J表示1个簇中任务排序集合；yi,j表示分配给簇i第j个任务的通信频率资源块数目；λu为任务u的工作数据流；B为单个通信频率资源块中央处理的运行周期数目；
根据公式
计算出每一个任务的最小数据传输率；其中，Rmin表示任务u的最小数据传输率；Du表示任务u的任务传输上限时间；Qu表示任务u的任务传输时间；
若检测到某一任务的数据传输率小于其对应的最小数据传输率，则逐次再分配一个通信频率资源块，直至重新计算所得的数据传输率大于等于对应的最小数据传输率为止。
7.如权利要求6所述的边缘计算与通信资源分配方法，其特征在于，所述方法进一步包括：
根据通信频率资源块总数，对通信频率资源块剩余情况进行检测，且在检测到通信频率资源块出现剩余时，筛选出符合第二预定条件的簇，并按照第二预设分配方式，将剩余通信频率资源块分别分配给所筛选簇中的所有任务。
8.如权利要求7所述的边缘计算与通信资源分配方法，其特征在于，所述在检测到通信频率资源块出现剩余时，筛选出符合第二预定条件的簇，并按照第二预设分配方式，将剩余通信频率资源块分别分配给所筛选簇中的所有任务的具体步骤包括：
在通信频率资源块出现剩余时，将各簇中每一个任务在r个通信频率资源块增加之前的任务传输时间与之后的任务传输时间进行对比；
根据对比结果，筛选出所有任务均满足
的簇；其中，
表示任务u在r个通信频率资源块增加之前的任务传输时间；
表示任务u在r个通信频率资源块增加之后的任务传输时间；e表示预设的时间约束值；
根据所筛选簇中任务总数，将剩余通信频率资源块进行均分，并进一步将均分后的通信频率资源块均对应分配给所筛选簇中的所有任务。
9.一种边缘计算与通信资源分配系统，用于非正交多址接入技术的无线网络上，其特征在于，包括：
数据获取单元，用于获取任务、计算资源块和通信频率资源块，以及任务总数、计算资源块总数和通信频率资源块总数，并确定每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益，确定每一个任务的任务传输上限时间、任务数据量和工作数据流，以及确定单个计算资源块及单个通信频率资源块各自中央处理的运行周期数目；
任务分簇单元，用于根据每一个任务分别与各通信频率资源块之间的信道增益以及通信频率资源块总数，计算各任务的平均信道增益，并根据所计算的各任务的平均信道增益，将所有任务进行归类分簇；
计算资源分配单元，用于给各簇中的所有任务均分配有至少一个计算资源块，并使每一个任务根据各自分配的计算资源块数目获得的任务计算时间均小于各自对应的任务传输上限时间；其中，每一个任务的任务计算时间均根据各任务的工作数据流、各任务分配到的计算资源块数目及单个计算资源块中央处理的运行周期数目来决定；
通信频率资源分配单元，用于给各簇中的所有任务均分配有至少一个通信频率资源块，并使每一个任务根据各自分配的通信频率资源块数目获得的数据传输率均大于等于各自对应的最小数据传输率；其中，每一个任务的数据传输率均根据各任务的任务数据量、各任务的工作数据流、各任务分配到的通信频率资源块数目及单个通信频率资源块中央处理的运行周期数目来决定；每一任务的最小数据传输率均根据各任务的任务数据量、各任务的任务传输上限时间及各任务的任务计算时间来决定。
10.如权利要求9所述的边缘计算与通信资源分配系统，其特征在于，所述任务分簇单元包括：
增益计算模块，用于根据公式
计算出各任务的平均信道增益；其中，
表示任务u的平均信道增益；Rf表示通信频率资源块集合；Mf表示通信频率资源块总数；
表示任务u和通信频率资源块r之间的信道增益；
聚类分簇模块，用于根据所计算的各任务的平均信道增益，使用聚类算法对所有任务进行分簇，并使每一个簇中至少有两个任务；其中，各簇中的任务均按照平均信道增益从高到低的方式进行排序。
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