[发明专利]用户分簇及资源分配优化方法、系统、介质、设备及应用

说明书

本发明属于无线通信技术领域，公开了一种用户分簇及资源分配优化方法。本发明在基于非正交多址的边缘计算系统中，通过协同优化用户分簇、计算资源块分配和发送功率控制策略，在保证用户任务处理时延的QoS需求的条件下，容纳尽可能多的用户，并尽可能减小用户和MEC服务器的总能耗。本发明将非正交多址引入移动边缘计算系统中，缓解了移动边缘计算系统中无线资源短缺所引起的系统容量小、及频谱利用率低导致的计算卸载过程中数据传输速率低的问题，减少移动设备在计算卸载过程中的发送能耗，提高了系统容纳的用户数；有利于在MEC服务器不方便连接电源时减小其能耗，延长其工作时间；启发式优化算法复杂度低，有利于应用于实际系统中。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，尤其涉及一种用户分簇及资源分配优化方法、系统、介质、设备及应用。

背景技术

目前：移动边缘计算(MEC)技术通过将用户设备上的计算、能耗密集型任务卸载到MEC服务器上执行，能够有效解决设备处理能力不足问题，并大大提高能量效率。非正交多址接入(NOMA)通过让多个用户同时使用相同的无线资源，可以大大提高无线频谱效率以及容纳更多的用户。

由于用户设备或物联网设备电池容量的限制，能耗的减少或者能效的提高是基于NOMA的MEC系统研究中的主要研究目标，而用户分簇和资源分配是主要的优化途径，同时，用户任务处理时延是不可忽略的因素。大量的文献已经对基于NOMA的MEC系统中的优化策略做了研究，其中MEC服务器连接着电源，无需考虑其能耗。当MEC服务器是充电式服务器时，除了用户的能耗之外，MEC服务器的能耗也需要考虑，然而现有文献没有考虑到这种情况，缺少对这种场景的理论支持。另外，涉及到上述优化途径的问题往往都是非凸的，因而难以求解或者求解复杂度过高，难以在实际中应用，低复杂度的启发式算法更容易实现，从而更容易在实际中应用。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有文献没有考虑到MEC服务区是充电式服务器的情况，涉及到优化途径的问题往往都是非凸的，因而难以求解。

解决以上问题及缺陷的意义为：本发明考虑了实际中MEC服务器可能是充电型的场景，有利于在MEC服务器不方便连接电源时减小其能耗，延长其工作时间。本发明所提出的启发式优化算法复杂度低，有利于应用于实际系统中。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用户分簇及资源分配优化方法、系统、介质、设备及应用。

本发明是这样实现的，一种用户分簇及资源分配优化方法，所述用户分簇及资源分配优化方法包括：

初始化用户个数N、总的计算资源块个数M_c，初始化分簇总数I＝N/2，初始化给每个用户分配的资源块个数为0，初始化烟花弹种群(每个烟花弹为用户初始发送功率矩阵)，初始化烟花算法的相关参数；

把所有用户按照信道增益大小降序排序，前面I个用户中的第i个用户，和后面I个用户中的第i+N个用户配对，实现用户分簇；

采用两轮计算资源块分配。第一轮分配保证每个用户的任务执行时延要求，第二轮分配保证能耗减少量最大，直到所有的计算资源块分配完毕，得到用户计算资源块分配策略；

采用烟花算法实现发送功率控制优化。对于每一个烟花弹，计算其适应度值；根据适应度值，获得每个烟花弹的爆炸火星个数；对每个烟花弹执行爆炸操作，产生若干个爆炸火星；计算每个爆炸火星的适应度值；从烟花弹种群中随机选择若干个烟花弹进行变异操作，产生若干个变异火星；计算每个变异火星的适应度值；在包含所有烟花弹和火星的种群中，保留适应度值最好的个体作为下一代的一个烟花弹，然后基于概率公式，从其余个体中随机选择其他的烟花弹；获得的所有烟花弹作为下一代的烟花弹种群，进行下一次迭代，直到收敛，最终得到最优的发送功率控制策略。

进一步，所述用户分簇及资源分配优化方法的用户分簇及计算资源块分配方法包括以下步骤：