CN112738822A - 移动边缘计算环境中基于noma的安全卸载和资源分配方法 - Google Patents
移动边缘计算环境中基于noma的安全卸载和资源分配方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种移动边缘计算环境中基于NOMA的安全卸载和资源分配方法,该方法包括如下步骤:A、构建窃听者存在的场景下多用户多服务器的移动边缘计算系统架构,初始化移动设备端待处理任务和边缘服务器的相关参数;B、采用NOMA作为多址接入方式,计算卸载用户的保密容量;C、提出优化问题,构建基于保密容量约束下的系统效用函数;D、提出一种联合安全卸载和资源分配的算法,通过有限次迭代获取最优的卸载策略。本发明适用于多小区多服务器的场景,不仅实现了任务的安全卸载,而且提高了频谱效率和系统收益,降低了任务完成的时延和能耗。
Description
技术领域
本发明属于移动边缘计算技术领域,具体涉及一种移动边缘计算环境中基于NOMA的安全卸载和资源分配方法。
背景技术
随着无线接入网的迅速发展,新型应用程序的数量不断增加(如虚拟现实、人脸识别和在线游戏等)。新型应用程序通常是计算密集型的,并且对时延具有较高的要求,然而移动设备端的计算能力和电量有限,无法满足这些需求。为了解决上述挑战,移动边缘计算(MEC)在更靠近移动设备的网络边缘提供设备所需的服务和云端计算能力。资源受限的移动设备通过将密集型的任务卸载到MEC服务器,降低任务的完成时间和设备的电量消耗,从而提高用户体验。
然而,用户设备的爆炸式增长造成大规模的网络连接,导致信道发生严重的阻塞,增加了卸载任务的传输时间。为了提高无线接入网的频谱效率,实现大规模网络连接,我们使用非正交多址接入技术(NOMA)作为多址接入方式。NOMA使一组卸载用户共享同一频谱信道进行传输,并使用连续干扰消除技术(SIC)来降低同一信道内用户间的干扰。另一方面,由于卸载任务需要通过无线链路传输到边缘服务器,导致额外的时延和能耗。与传统的云计算中心不同,MEC服务器的资源有限,因此计算任务的卸载决策和资源分配成为实现高效卸载的关键问题。此外,由于无线链路的开放性,任务卸载到服务器的过程中很容易遭受外部的威胁,从而导致隐私泄露问题。
综上所述,现有的大部分工作都没有考虑到多用户多服务器场景下,基于NOMA的安全卸载以及资源分配的问题。如何在多用户多服务器场景下,使用NOMA作为多址接入方式,通过安全卸载和合理的资源分配,避免隐私泄露,降低时延和能耗,提高系统收益,是边缘计算中亟需考虑的关键问题。
发明内容
为了解决现有技术中的问题,本发明提出了一种移动边缘计算环境中基于NOMA的安全卸载和资源分配方法,本发明以NOMA作为多址接入方式,研究了安全卸载和资源分配问题,对任务卸载、上传功率以及计算资源进行优化,避免隐私泄露,提高系统收益。
本发明所采用的技术方案如下:一种移动边缘计算环境中基于NOMA的安全卸载和资源分配方法,包括以下步骤:
A、构建存在窃听者场景下多用户多服务器的移动边缘计算系统架构,初始化移动设备端待处理任务和边缘服务器的相关参数;
B、采用NOMA作为多址接入方式,计算卸载用户的保密容量;
C、提出优化问题,构建基于保密容量约束下的系统效用函数;
D、提出一种联合安全卸载和资源分配的算法。
步骤A中,考虑了多用户多服务器的场景,与同一个MEC服务器关联的用户作为一组,不同组之间使用正交频分复用作为多址接入方式,每个组占用一个子信道,组内使用NOMA作为多址接入方式。移动设备端待处理任务和边缘服务器的相关参数包括:移动用户集合N={1,2,3,...,N}、边缘服务器集合M={1,,2,3,...,M}、用户组集合Q={1,2,...,Qm}、每个组的集合Qm={1,2,...,qm}、用户n的任务Tn={αn,βn}、任务卸载决策变量on,m,n∈N,m∈M。
步骤B的具体方法为:使用NOMA作为多址接入方式,分别计算用户n到MEC服务器m和窃听者e的信噪比。接收端使用SIC技术解码来自同一组用户的信号,对用户信道增益递减排序,依次进行解码。根据任务到达MEC端和窃听者的速率Rn,m,Rn,e,计算保密容量。由于窃听者信道增益的不确定性,我们考虑最坏情况下用户的保密能力。
步骤C的具体方法为:为了降低任务的完成时间和用户端能耗,我们构建了保密容量、计算资源和上传功率约束下的系统效用函数。该函数综合考虑了任务的完成时间和用户端能耗,衡量了用户卸载所获得的收益。
步骤D的具体方法为:步骤C提出的问题是混合整数非线性规划问题,获取最优解具有一定的挑战性。为了解决该问题,我们将原始问题划分为三个子问题:上传功率分配问题P1、计算资源分配问题P2以及任务卸载决策问题P3。对于问题P1,该问题是非凸的,我们对其目标函数求一阶导数,然后采用低复杂度的二分法进行搜索以求解上传功率分配问题;对于问题P2,其目标函数的海塞矩阵是正定的,并且约束是凸的,因此我们使用KKT条件求解问题P2;对于问题P3,我们提出了一种启发式的卸载算法,首先根据信道增益和信道增益阈值,初始化所有用户的卸载策略,然后根据当前的系统效用函数,更新每个用户的卸载策略,寻找使系统收益更高的卸载策略。通过有限次迭代,进而获取最优的卸载策略。
附图说明
为了更清楚的说明本发明的技术方案,下面将对发明内容中所需要使用的附图作简要地介绍。
图1是本发明移动边缘计算环境中基于NOMA的安全卸载和资源分配方法具体实施方式的流程图。
图2是本发明的系统模型示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将对本发明的实施方式进一步详细描述。
如图1所示,移动边缘计算环境中基于NOMA的安全卸载和资源分配方法的具体实施流程为:
A.构建多用户多服务器移动边缘计算系统架构,初始化相关参数:本实施例的系统模型示意图如图2所示,在一个包含8个用户设备,3台边缘服务器以及3个窃听者的网络中进行安全卸载决策。用户设备n的任务大小αn∈[300,400]kb,计算能力fl,n∈[0.6,1.2]GHZ,上传功率pup,n∈[0.6,1.3]W,边缘服务器m的计算能力fs,m∈[10,12]GHZ,总带宽10MHZ。
B.采用NOMA作为多址接入方式,计算卸载用户的保密容量;
C.提出优化问题,构建基于保密容量约束下的系统效用函数;
D.实现本专利提出的联合安全卸载和资源分配算法;
E.通过有限次迭代,获取最优卸载策略。
Claims (5)
1.一种移动边缘计算环境中基于NOMA的安全卸载和资源分配方法,其特征在于,包括以下步骤:
A、构建存在窃听者场景下多用户多服务器的移动边缘计算系统架构,初始化移动设备端待处理任务和边缘服务器的相关参数;
B、采用NOMA作为多址接入方式,计算卸载用户的保密容量;
C、提出优化问题,构建基于保密容量约束下的系统效用函数;
D、提出一种联合安全卸载和资源分配的算法。
2.根据权利要求1所述的一种移动边缘计算环境中基于NOMA的安全卸载和资源分配方法,其特征在于,所述步骤A中考虑了多用户多服务器的场景,与同一个MEC服务器关联的用户作为一组,不同组之间使用正交频分复用作为多址接入方式,每个组占用一个子信道,组内使用NOMA作为多址接入方式。移动设备端待处理任务和边缘服务器的相关参数包括:移动用户集合N={1,2,3,...,N}、边缘服务器集合M={1,,2,3,...,M}、用户组集合Q={1,2,...,Qm}、每个组的集合Qm={1,2,...,qm}、用户n的任务Tn={αn,βn}、任务卸载决策变量on,m,n∈N,m∈M。
3.根据权利要求1所述的一种移动边缘计算环境中基于NOMA的安全卸载和资源分配方法,其特征在于,所述步骤B的具体方法为:使用NOMA作为多址接入方式,分别计算用户n到MEC服务器m和窃听者e的信噪比。接收端使用SIC技术解码来自同一组用户的信号,对用户信道增益递减排序,依次进行解码。根据任务到达MEC端和窃听者的速率Rn,m,Rn,e,计算保密容量。由于窃听者信道增益的不确定性,我们考虑最坏情况下用户的保密能力。
4.根据权利要求1所述的一种移动边缘计算环境中基于NOMA的安全卸载和资源分配方法,其特征在于,所述步骤C中的具体方法为:为了降低任务的完成时间和用户端能耗,我们构建了保密容量、计算资源和上传功率约束下的系统效用函数。该函数综合考虑了任务的完成时间和用户端能耗,衡量了用户卸载所获得的收益。
5.根据权利要求1所述的一种移动边缘计算环境中基于NOMA的安全卸载和资源分配方法,其特征在于,所述步骤D的具体方法为:步骤C提出的问题是混合整数非线性规划问题,获取最优解具有一定的挑战性。为了解决该问题,我们将原始问题划分为三个子问题:上传功率分配问题P1、计算资源分配问题P2以及任务卸载决策问题P3。对于问题P1,该问题是非凸的,我们对其目标函数求一阶导数,然后采用低复杂度的二分法进行搜索以求解上传功率分配问题;对于问题P2,其目标函数的海塞矩阵是正定的,并且约束是凸的,因此我们使用KKT条件求解问题P2;对于问题P3,我们提出了一种启发式的卸载算法,首先根据信道增益和信道增益阈值,初始化所有用户的卸载策略,然后根据当前的系统效用函数,更新每个用户的卸载策略,寻找使系统收益更高的卸载策略。通过有限次迭代,进而获取最优的卸载策略。
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---|---|
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113259175A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-08-13 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种边缘计算环境下的安全服务与功能服务联合编排方法 |
CN113507712A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-15 | 中国传媒大学 | 一种基于交替方向乘子的资源分配与计算任务卸载方法 |
CN113556760A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-10-26 | 西安邮电大学 | 一种移动边缘计算成本效益优化方法、系统及应用 |
CN113778682A (zh) * | 2021-09-13 | 2021-12-10 | 电子科技大学 | 一种mec系统资源分配方法 |
CN113938997A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-14 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种noma物联网中安全mec系统的资源分配方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109714732A (zh) * | 2019-03-12 | 2019-05-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种v2v通信中基于资源分配的物理层安全方法及系统 |
CN109814951A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-05-28 | 南京邮电大学 | 移动边缘计算网络中任务卸载及资源分配的联合优化方法 |
CN111614419A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-09-01 | 南京邮电大学 | 一种基于noma的移动边缘计算网络任务高安全卸载资源分配方法 |
CN111800828A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-10-20 | 西北工业大学 | 一种超密集网络的移动边缘计算资源分配方法 |
WO2020216135A1 (zh) * | 2019-04-25 | 2020-10-29 | 南京邮电大学 | 基于边-端协同的多用户多mec任务卸载资源调度方法 |
US20200351900A1 (en) * | 2019-04-30 | 2020-11-05 | Fujitsu Limited | Monitoring-based edge computing service with delay assurance |
-
2020
- 2020-12-25 CN CN202011559755.7A patent/CN112738822A/zh active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109814951A (zh) * | 2019-01-22 | 2019-05-28 | 南京邮电大学 | 移动边缘计算网络中任务卸载及资源分配的联合优化方法 |
CN109714732A (zh) * | 2019-03-12 | 2019-05-03 | 哈尔滨工业大学 | 一种v2v通信中基于资源分配的物理层安全方法及系统 |
WO2020216135A1 (zh) * | 2019-04-25 | 2020-10-29 | 南京邮电大学 | 基于边-端协同的多用户多mec任务卸载资源调度方法 |
US20200351900A1 (en) * | 2019-04-30 | 2020-11-05 | Fujitsu Limited | Monitoring-based edge computing service with delay assurance |
CN111614419A (zh) * | 2020-01-10 | 2020-09-01 | 南京邮电大学 | 一种基于noma的移动边缘计算网络任务高安全卸载资源分配方法 |
CN111800828A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-10-20 | 西北工业大学 | 一种超密集网络的移动边缘计算资源分配方法 |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
FANG FANG ET AL.: "Optimal Resource Allocation for Delay Minimization in NOMA-MEC Networks", 《IEEE TRANSACTIONS ON COMMUNICATIONS 》 * |
SHANCHEN PANG ET AL.: "Joint Wireless Source Management and Task Offloading in Ultra-Dense Network", 《IEEE ACCESS 》 * |
温万里: "移动边缘存储、计算和无线通信资源优化技术研究", 《中国博士学位论文全文数据库》 * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113556760A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-10-26 | 西安邮电大学 | 一种移动边缘计算成本效益优化方法、系统及应用 |
CN113259175A (zh) * | 2021-06-10 | 2021-08-13 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种边缘计算环境下的安全服务与功能服务联合编排方法 |
CN113259175B (zh) * | 2021-06-10 | 2021-09-24 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种边缘计算环境下的安全服务与功能服务联合编排方法 |
CN113507712A (zh) * | 2021-07-09 | 2021-10-15 | 中国传媒大学 | 一种基于交替方向乘子的资源分配与计算任务卸载方法 |
CN113778682A (zh) * | 2021-09-13 | 2021-12-10 | 电子科技大学 | 一种mec系统资源分配方法 |
CN113778682B (zh) * | 2021-09-13 | 2023-04-18 | 电子科技大学 | 一种mec系统资源分配方法 |
CN113938997A (zh) * | 2021-09-30 | 2022-01-14 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种noma物联网中安全mec系统的资源分配方法 |
CN113938997B (zh) * | 2021-09-30 | 2024-04-30 | 中国人民解放军陆军工程大学 | 一种noma物联网中安全mec系统的资源分配方法 |
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