[发明专利]一种物联网中雾计算的计算资源和频谱资源分配方法

权利要求书

1.一种物联网中雾计算的计算资源和频谱资源分配方法，其特征在于：步骤如下：

第一步，建立雾计算系统模型；

整个物联网系统有M个物联网用户，每个物联网用户分配一个相应的雾节点处理数据，用a_m,l∈{0,1}表示分配方案，若第l个雾节点处理第m个用户的数据，则a_m,l＝1，否则，a_m,l＝0；一个物联网用户的数据只可由一个雾节点进行处理且每一个物联网用户至少分配一个雾节点，则计算资源分配约束为：

所有物联网用户需进行频谱资源分配，给每个物联网用户分配一个频谱资源块，整个网络有K个频谱资源块，用b_m,k∈{0,1}表示第k个频谱资源块是否被第m个物联网用户占用，m＝1,2,...,M，k＝1,2,...,K，b_m,k＝1表示第k个频谱资源块被第m个物联网用户占用，b_m,k＝0表示第k个频谱资源块没有被第m个物联网用户占用；

假定每个物联网用户只可占据一个频谱资源块且每个物联网用户至少分配一个频谱资源块，则频谱资源块分配约束为：

在物联网用户将数据传输给相应雾节点的阶段，第m个物联网用户到第l个雾节点的信噪比为：

其中：l＝1,2,...,L，m＝1,2,...,M，p_m为第m个物联网用户的发送功率，G_m,l,k为第m个物联网用户到第l个雾节点在第k个频谱资源块下的传输信道增益，为第j个物联网用户到第l个雾节点在第k个频谱资源块下的干扰信道增益，η₁为第m个雾节点与第l个物联网用户间的加性高斯白噪声的功率，第m个物联网用户到第l个雾节点的吞吐量为：

r_m,l＝wlog₂(1+γ_m,l)

其中：w表示一个频谱资源块的带宽；

对于第m个物联网用户，其所需处理的数据量用D_m表示，则第m个物联网用户的传输时间为：

第m个物联网用户所需其相应的雾节点处理时间为：

其中：α表示雾节点处理1bit数据所需的CPU周期，c_l表示第l个雾节点的CPU周期速率，给定随机变量表示第m个物联网用户的接收时间，满足特定的均匀分布，对于物联网中第m个物联网用户，其总时延为：

对于第m个物联网用户，其时延约束为：

其中：表示第m个物联网用户的时延门限需求下限；

对于整个网络，其能量效率为：

其中：E_pro-rec表示雾节点处理数据及返回数据所需要的能量，提出以物联网能量效率为目标的计算资源和频谱资源分配问题为：

第二步，初始化量子种子群及参数，通过对量子种子进行测量，得到量子种子的位置；

第三步：计算所有量子种子的适应度值，得到量子种子群全局最优位置并选择量子种子精英位置集；

第四步：根据量子种子播撒规则，更新种群中所有量子种子的量子位置；

步骤五，对所有更新后的量子种子的量子位置根据策略规则进行测量得到相应的位置计算每一个量子种子的适应度值，根据适应度值更新种群全局最优位置重新选择种群中适应度前H×φ个量子种子的位置作为下一代量子种子精英位置集；

步骤六，如果演化没有终止，即迭代次数小于预先设定的最大迭代次数，令i＝i+1，返回步骤四；否则，终止迭代，输出量子种子群的全局最优位置由其可得到相应的计算资源和频谱资源分配方案。

2.根据权利要求1所述的一种物联网中雾计算的计算资源和频谱资源分配方法，其特征在于：步骤二具体包括：

量子种子群中量子种子的数目为H，量子种子的维数为D，i表示迭代次数，第h个量子种子第i代的量子位置可以表示为其中

对第h个量子种子的量子位置进行测量得到第h个量子种子的位置其中测量规则如下：

其中：为均匀分布在[0,1]间的随机数。