[发明专利]一种基于公平的雾计算任务卸载方法及系统

权利要求书

1.一种基于公平的雾计算任务卸载方法，其特征在于，包括步骤：

S1、获取整个网络的信息，信息包括各个雾节点的历史平均能耗信息；

S2、根据步骤S1中获取的信息，计算各终端节点与雾节点之间的势能；

S3、利用Kuhn-Munkras算法，以各终端节点与雾节点之间的势能为权值，并以网络整体势能最大为目标，求解终端节点与雾节点之间的一对一匹配，以作出任务卸载决策矩阵X；

S4、以最小化任务处理时延为目标，计算终端节点卸载任务数据量；

S5、计算本轮各雾节点的能耗，并更新各雾节点的历史平均能耗信息；

步骤S1中由网络控制器获取整个网络的信息，信息包括：

终端节点数量M，每个终端节点的任务数据量L_i、计算能力f_i、发射功率t为transmission代表传输；

雾节点数量N，每个雾节点的计算能力f_j、计算功率续航能力γ_j，j＝1,2,3...N，c为compute代表计算；

终端节点i与雾节点j之间的距离d_ij、信道带宽B_ij以及噪声功率

所述雾节点的历史平均能耗信息为

步骤S2中包括步骤：

S2.1、计算终端节点i与雾节点j之间的信道增益G_ij、数据传输速率r_ij和等效数据处理速率R_ij；

S2.2、根据终端节点i与雾节点j之间等效数据处理速率R_ij、雾节点j的续航能力γ_j、雾节点j的历史平均能耗计算终端节点i与雾节点j之间的势能

步骤S2.1中：

计算终端节点i与雾节点j之间信道增益G_ij的公式为：其中L_ij为终端节点i与雾节点j之间的路径损耗；

计算终端节点i与雾节点j之间数据传输速率r_ij的公式为：

计算终端节点i与雾节点j之间等效数据处理速率R_ij的公式为：

R_ij＝(1/r_ij+1/f_j)^-1；

计算终端节点i与雾节点j之间的路径损耗L_ij的公式为：

L_ij＝38.46+20log₁₀(d_ij)；

步骤S2.2中：

计算终端节点i与雾节点j之间势能的公式为：

步骤S3中，采用目标函数进行建模，以使网络整体势能最大，其中x_ij∈{0,1}、x_ij为0-1指示变量，当终端节点i的子任务分配给雾节点j时，x_ij＝1，反之，x_ij＝0，表明终端节点只能将任务卸载给一个雾节点，表明每个雾节点每次最多服务一个终端节点；

令终端节点i与雾节点j之间的权重为势能利用Kuhn-Munkras算法求解公式即可得到任务卸载决策矩阵X。

2.根据权利要求1所述的一种基于公平的雾计算任务卸载方法，其特征在于，步骤S4中计算终端节点卸载任务数据量Q_ij的公式为：

3.根据权利要求2所述的一种基于公平的雾计算任务卸载方法，其特征在于，步骤S5中，计算本轮雾节点能耗E_j的公式为：更新雾节点历史平均能耗信息的计算公式为：其中为更新前雾节点的历史平均能耗信息，为更新后雾节点的历史平均能耗信息，α为遗忘指数。

4.一种基于公平的雾计算任务卸载系统，其特征在于，包括信息获取模块、势能计算模块、矩阵获取模块、数据量计算模块以及能耗计算模块；

信息获取模块，用于获取整个网络的信息，信息包括各个雾节点的历史平均能耗信息；

势能计算模块，用于根据信息获取模块获取的信息，计算各终端节点与雾节点之间的势能；

矩阵获取模块，利用Kuhn-Munkras算法，以各终端节点与雾节点之间的势能为权值，并以网络整体势能最大为目标，求解终端节点与雾节点之间的一对一匹配，以作出任务卸载决策矩阵X；

数据量计算模块，用于以最小化任务处理时延为目标，计算终端节点卸载任务数据量；

能耗计算模块，用于计算本轮各雾节点的能耗，并更新各雾节点的历史平均能耗信息；

信息获取模块中，由网络控制器获取整个网络的信息，信息包括：

终端节点数量M，每个终端节点的任务数据量L_i、计算能力f_i、发射功率t为transmission代表传输；

雾节点数量N，每个雾节点的计算能力f_j、计算功率续航能力γ_j，j＝1,2,3...N，c为compute代表计算；

终端节点i与雾节点j之间的距离d_ij、信道带宽B_ij以及噪声功率

所述雾节点的历史平均能耗信息为

势能计算模块具体如下：

计算终端节点i与雾节点j之间的信道增益G_ij、数据传输速率r_ij和等效数据处理速率R_ij；具体如下：计算终端节点i与雾节点j之间信道增益G_ij的公式为：其中L_ij为终端节点i与雾节点j之间的路径损耗；计算终端节点i与雾节点j之间数据传输速率r_ij的公式为：计算终端节点i与雾节点j之间等效数据处理速率R_ij的公式为：R_ij＝(1/r_ij+1/f_j)^-1；计算终端节点i与雾节点j之间的路径损耗L_ij的公式为：L_ij＝38.46+20log₁₀(d_ij)；

根据终端节点i与雾节点j之间等效数据处理速率R_ij、雾节点j的续航能力γ_j、雾节点j的历史平均能耗计算终端节点i与雾节点j之间的势能具体如下：计算终端节点i与雾节点j之间势能的公式为：

矩阵获取模块中，采用目标函数进行建模，以使网络整体势能最大，其中x_ij∈{0,1}、x_ij为0-1指示变量，当终端节点i的子任务分配给雾节点j时，x_ij＝1，反之，x_ij＝0，表明终端节点只能将任务卸载给一个雾节点，表明每个雾节点每次最多服务一个终端节点；令终端节点i与雾节点j之间的权重为势能利用Kuhn-Munkras算法求解公式即可得到任务卸载决策矩阵X。