[发明专利]一种针对雾计算物联网物理层安全的混合资源配置方法

权利要求书

1.一种针对雾计算物联网物理层安全的混合资源配置方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一：建立安全雾计算物联网系统模型；

给出一个存在K个雾节点，D个物联网用户，L个被动式窃听器的雾计算物联网系统；用表示每个物联网用户有时延需求的数据任务，其中S_d表示数据任务的大小，C_d表示处理数据任务需要的CPU周期，为最大允许时延门限；网络中有W个彼此正交的频谱资源块，每个物联网用户占据一个频谱资源块并将数据任务传输到云端服务供应商所分配的相应雾节点，用χ_d,k∈{0,1}表示第d个物联网用户的数据任务是否分配到第k个雾节点，d＝1,2,...,D，k＝1,2,...,K；每个物联网用户的数据任务只能由一个雾节点进行处理，雾节点计算资源约束如下：

在物联网用户传输数据到雾节点过程中，考虑到频谱资源块复用的情况，用ε_d,w∈{0,1}表示第d个物联网用户是否复用第w个频谱资源块，计算第d个物联网用户到第k个雾节点在第w个频谱资源块下的信噪比为：

其中：为第d个物联网用户对于第w个频谱资源块的传输功率；表示第d个物联网用户到第k个雾节点在第w个频谱资源块下的信道状态信息，σ²为高斯白噪声功率；第d个物联网用户吞吐量为：

其中：B为一个频谱资源块的带宽；通过吞吐量计算出第d个物联网用户的任务传输时延为

每个雾节点采用并行方式处理接收到的数据任务且每个雾节点将其计算资源分成多个计算资源块，用G_k和表示第k个雾节点的最大计算资源块数目和单位计算资源块的计算容量；令α_d,k表示第k个雾节点分配给第d个物联网用户的计算资源块数目，则任务处理时延为

对于每个物联网用户的接收时间，采用表示第d个物联网用户的接收时间，满足某种特定的分布；则第d个物联网用户的总时延为

第d个物联网用户到第w个窃听器集合第n个窃听器的信噪比计算如下：

其中：β_w表示窃听第w个频谱资源块的窃听器数目，表示对于第w个频谱资源块的窃听器集合，w＝1,2,...,W；是第d个物联网用户到第w个窃听器集合第n个窃听器的信道状态信息，σ′²是高斯白噪声功率；第d个物联网用户的上行保密容量为：

其中：表示由于被动式窃听器而泄露的数据量的大小，[x]⁺表示对x取正的函数；假定窃听器彼此间是没有协作的，在这种情况下，泄露的数据量通过下式得到其中max(·)为取最大值函数；对于整个安全雾计算物联网系统，其上行保密容量为

针对频谱资源块配置、计算资源块配置及雾节点配置，提出以雾计算物联网最大平均上行保密容量为目标的混合资源配置问题为：

约束条件为：χ_d,k∈{0,1}，ε_d,w∈{0,1}；α_d,k∈{1,2,...,G_k}；

步骤二：初始化量子星系群及参数；

量子星系群中有M个量子星系，每个量子星系的维数为H，第i代第m个量子星系的量子态为：

其中：m＝1,2,...,M，h＝1,2,...,H，对量子态进行测量得到量子星系的测量态测量规则如下：其中h＝1,2,...,H，为分布在[0,1]间的均匀随机数；设定两个固定比率η₁和η₂作为每代量子星系群每个量子星系选择演进方式的门限阈值；计算所有量子星系的适应度值，适应度值通过将量子星系的测量态带入到适应度函数中进行计算得到，根据适应度值选出适应度值最大的测量态为全局最优测量态

步骤三：根据设计的量子星系群演进规则，对所有量子星系进行演进；

量子星系群中的每一个量子星系根据演进规则进行演进，对于第i代中的第m个量子星系，生成分布在[0,1]间的均匀随机数如果则量子星系进行螺旋混沌移动，此时量子旋转角和量子态的更新方程如下：

其中：为更新后第m个量子星系的第h维量子旋转角，h＝1,2,...,H，δ₁和δ₂为控制因子，lⁱ为由Logistic混沌映射产生的混沌数，lⁱ⁺¹＝τ·lⁱ(1-lⁱ)，a∈{1,2,…,M}是一个随机整数，τ为Logistic参数，abs(.)表示取绝对值函数；如果则第m个量子星系的量子旋转角和量子态更新方程如下：

其中：δ₃和δ₄为控制因子，与是两个不同的从量子星系群中选出适应度为前ρ比例的量子星系测量态，sign(.)表示符号函数，为第m个量子星系第i代的适应度值；如果则第m个量子星系的量子旋转角和量子态更新方程如下：

其中：δ₅为控制因子，为均匀分布在[0,2π]间的均匀随机数，d∈{1,2,…,M}是一个随机整数；

步骤四：对更新后量子星系的量子态进行测量，得到所有更新后量子星系的测量态，计算测量态的适应度，根据适应度值的大小更新所有量子星系的测量态和量子星系群的全局最优测量态

步骤五：判断是否达到终止条件：如果当前演进的代数小于设定的最大迭代次数，则令i＝i+1，返回步骤三；否则终止演化，输出量子星系群的全局最优测量态，得到相应的混合资源配置方案。