[发明专利]无线分布式计算系统及资源分配方法

说明书

本发明公开了一种无线分布式计算系统及资源分配方法，适用于移动通信技术领域。系统包括多个主节点以及计算节点，主节点分发计算任务并收集计算结果，计算节点执行计算任务并反馈计算结果，主节点与计算节点之间通过无线信道连接；资源分配方法包括计算节点调度方法以及计算节点的功率分配方法；主节点根据各计算节点的信道信息，挑选为其执行计算任务的计算节点；计算节点根据信道信息及其计算能力，分配计算功率以及通信功率，最大化系统的计算速率。本发明利用大量小型设备完成数据收集和联合处理工作，避免对大量专用计算硬件的需求；资源分配方法可以有效利用受限的功率，实现计算能力的最大化。

技术领域

本发明涉及一种无线通信技术，尤其涉及一种无线分布式计算系统中资源分配方法，属于移动通信技术领域。

背景技术

群计算在分布式传感器和分布式计算平台引起了广泛的关注，其利用大量无线设备完成数据收集和联合处理工作，从而避免系统对大量专用计算硬件的需求。利用计算任务的可拆分性，将复杂的计算任务分解为多个可并行计算的子任务，通过无线通信的方式分发到不同的计算节点，每个计算节点完成一个子计算任务，再将计算结果传输到主节点进行合并，构成了无线分布式计算系统。

在无线分布式计算系统中，每个计算节点只是一个普通的移动终端，例如手持设备、笔记本电脑等，其CPU计算能力以及供电(如电池)都较为有限。因而，如何合理分配计算节点以及每个计算节点如何有效分配其功率将影响整个无线分布式计算系统的总计算能力。尽管有研究关注无线分布式计算系统中的通信方面，少有工作同时考虑通信和计算的能耗问题。另外，在考虑通信传输速率方面，大部分工作仅利用香农公式计算单链路传输速率，并没有考虑多个计算节点同时通信，相互干扰的影响。用户间干扰将会严重影响系统的通信速率，增加通信功率开销，降低整个无线分布式计算系统的计算能力。

发明内容

发明目的：针对上述技术的不足之处，提供一种无线分布式计算系统及其资源分配方法，充分利用有限功率资源，尽可能实现更高的计算速率与通信速率，最大程度完成计算任务。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明的无线分布式计算系统，包括通过无线信道相互连接的多个主节点和多个计算节点，主节点将复杂的计算任务分解为多个可并行计算的子任务，向多个计算节点分发子任务并收集计算结果，计算节点执行计算任务并反馈计算结果；主节点包括计算任务拆分与结果合并模块、计算节点调度模块以及通信模块，计算任务拆分与结果合并模块将计算任务分解为多个可并行计算的子任务，将计算任务数据通过通信模块传输到各个计算节点，并将各个计算节点的计算结果合并，获得原计算任务的结果；

单个主节点可以同时与多个计算节点通信，多个计算节点同时执行一个主节点的计算任务，而每个计算节点在任意时刻仅执行一个主节点的计算任务，在执行计算任务过程中，计算节点之间互不通信；

每个主节点调度模块根据信道信息挑选为其执行计算任务的计算节点，并将不同的计算子任务分配给不同计算节点，通信模块根据计算节点调度信息与挑选的计算节点通信，将计算任务数据发送给对应的计算节点，并接收计算节点的计算结果数据，传输到计算任务拆分与结果合并模块。

进一步，主节点包括计算任务拆分与结果合并模块、计算节点调度模块以及通信模块；计算任务拆分与结果合并模块将计算任务拆分为可以并行计算的子任务，并且将各子任务的计算结果合并为原计算任务的结果。

进一步，每个计算节点包括相互连接的计算模块、通信模块、以及功率控制模块；计算模块用以执行计算任务，通信模块用以与主节点进行无线通信，计算模块与通信模块相连接，通信模块将接收到的数据传输到计算模块进行计算，计算模块将计算结果输入到通信模块，利用通信模块发送给主节点，计算模块和通信模块都与功率控制模块相连接，功率控制模块根据计算模块的计算能力以及信道信息，分配计算功率以及通信功率。