[发明专利]电力物联网系统中基于联盟博弈的任务卸载方法

说明书

本发明公开了一种电力物联网系统中基于联盟博弈的任务卸载方法，包括：（1）同区域内的智能电表和接入点AP组成网络；多个智能电表能利用同一子载波连接到AP；（2）电表具有计算任务，既可本地处理，也可卸载到AP处理；利用同一子载波的电表形成联盟；建立代价函数；（3）智能电表在策略集内选择卸载策略；智能电表和AP建立联盟博弈；（4）智能电表计算它加入各个联盟的卸载收益，加入使总卸载收益最大的联盟；（5）联盟博弈达到纳什均衡，网络内智能电表不再改变策略，根据策略进行任务卸载。本发明基于联盟博弈，充分利用AP的无线资源和计算资源，在以最小化智能电表的卸载代价为目标的同时，满足各智能电表的任务卸载需求。

技术领域

本发明属于电力物联网领域，具体涉及电力物联网系统中基于联盟博弈的任务卸载方法。

背景技术

近年来人类对电力的需求大幅度增加，但传统的配电网络效率低下。电力物联网是现代电网基础设施，可通过自动化控制和现代通信技术来提高效率、可靠性和安全性，并实现可再生能源和替代能源的平稳集成。可再生能源发电是减少化石燃料消耗和温室气体排放的有效技术。更重要的是，启用新的网络管理策略的电力物联网可在分布式发电中实现其有效的电网集成，以进行需求侧管理，并在能量存储中实现分布式发电负载平衡。许多研究人员对可再生能源进行了广泛的研究，而可再生能源的集成性，减少系统损耗并提高向客户供电的可靠性、效率和安全性是对电力物联网系统的进一步增强。此外，现有电网缺乏通信功能，而电力物联网基础设施却充满了增强的感测以及先进的通信和计算能力。系统的不同组件与通信路径和传感器节点链接在一起，以提供相互之间的互操作性。

在电力物联网中，从智能电表收集的数据通常先发送给邻近的AP，由AP上传到控制中心。智能电表通常具有计算任务，可以本地处理，但是如果计算任务繁重，本地处理会带来较大的能耗和时延开销。若将计算资源不足的智能电表上的计算任务卸载到AP服务器上处理，充分利用AP服务器的计算资源，既可以提高AP资源利用率，也可以提高系统的性能。但是，AP的子载波数量有限，在智能电表数量较多时，不能很好满足所有智能电表的卸载需求，非正交多址接入NOMA技术可以很好解决这一问题。NOMA的基本思想是使用叠加编码在发射机侧叠加来自各个智能电表的信号，并使用连续的干扰消除技术在接收机侧对预期信号进行解码。NOMA能够容纳比可用子载波数量更多的智能电表，即多个智能电表可以利用同一个子载波进行卸载，可以在多个方面改善无线通信的性能，包括更多的智能电表，更低的延迟，更高的频谱效率和宽松的信道反馈。

因此我们考虑将利用同一个子载波进行任务卸载的智能电表看成一个联盟。智能电表可以选择在本地处理任务或者将任务通过子载波卸载到AP服务器上处理。智能电表的策略直接影响联盟的形成，从而对联盟的效用函数产生重要影响。因此，如何选择智能电表的卸载策略以及卸载情况下的子载波，实现资源的有效分配，满足各个智能电表的服务需求是亟待解决的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了电力物联网系统中基于联盟博弈的任务卸载方法，充分利用AP的计算资源，在以最小化网络的能耗和时延为目标的同时，满足各智能电表的任务卸载需求。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

电力物联网系统中基于联盟博弈的任务卸载方法，包括以下步骤：

(1)同一区域内的所有智能电表通过无线连接接入到AP；基于非正交多址接入NOMA技术，多个智能电表能够使用同一子载波连接到AP，使用同一子载波的智能电表组成一个联盟；

(2)智能电表具有计算任务，可以在本地处理，也可以通过子载波卸载到AP上处理；建立智能电表的代价函数，分为本地计算时的代价函数以及任务卸载时的代价函数，由能耗和时延组成；所有智能电表处理计算任务所需的计算资源相同；AP分配给每个智能电表的计算资源相同；每个智能电表所具有的计算资源不尽相同；