[发明专利]一种联合优化计算卸载和资源分配的方法及装置

说明书

本发明公开了一种联合优化计算卸载和资源分配的方法及装置，该方法包括：构建协同无线供电边缘计算的工业互联网环境下的系统模型；以系统中的剩余能量最大化为目标构建目标函数；其中，系统的计算卸载决策和资源分配策略作为变量，影响目标函数的值；基于鲸鱼优化算法和二进制鲸鱼优化算法，分别优化资源分配策略和计算卸载决策来求解目标函数的最优解，实现最优的计算卸载决策和资源分配策略。本发明可以计算每个小型基站覆盖范围内工业无线设备最大的剩余能量值，实现最优的计算卸载和资源分配，减少能量消耗。

技术领域

本发明涉及工业互联网技术领域，特别涉及一种联合优化计算卸载和资源分配的方法及装置。

背景技术

工业互联网即认知制造与工业4.0的结合，旨在打造智能化、自动化和无线设备相互感知，互联互通的工业体系。工业互联网是物联网在工业领域的应用，是提升智能制造水平的关键。部署在工业互联网中的每个元素都可以与网络连接，互相通信。由于各种无线传感设备(Wireless Sensor Devices,WSDs)广泛分布于工业环境中，这些设备被用来感知、监视和控制周围工业环境的事件状态。同时，不断生成的数据需要应用程序进行传输、存储和处理。随着无线传输技术的进步，所有的数据都将转化为行动，通过对工业设备的综合意识感知，灵活处理各种任务，促进效率的提高。为制造业、交通运输、能源、城市、医疗等行业带来极大便利。因此，未来将建立一个工业系统与最先进的信息技术相结合的智能工业生态系统。

数据的爆炸式增长带来计算和存储难题，计算能耗较高和电池容量受限等问题日益突出，依靠边缘计算和无线能量传输技术，能量供应得到解决，系统效用得到提升，因此工业互联网得以进一步发展。

边缘计算将工业互联网中无线传感设备无法处理的数据传输到边缘服务器上计算，解决计算资源不足的问题。为了进一步缩短时延、减少能耗，如何进行合理的资源分配和计算卸载是一个需要考虑的问题。

发明内容

本发明提供了一种联合优化计算卸载和资源分配的方法及装置，以解决协同无线供电边缘计算的工业互联网中合理的资源分配和计算卸载问题，实现协同无线供电边缘计算的工业互联网中的剩余能量最大化。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一方面，本发明提供了一种联合优化计算卸载和资源分配的方法，适用于协同无线供电边缘计算的工业互联网，所述方法包括：

构建协同无线供电边缘计算的工业互联网环境下的系统模型；其中，所述协同无线供电边缘计算的工业互联网包括云计算中心层、边缘服务层以及无线传感器层；所述系统模型包括能量收集模型、本地计算模型以及计算卸载模型；

基于所述系统模型，以系统中剩余能量最大化为目标构建目标函数；其中，系统的计算卸载决策和资源分配策略作为变量，影响所述目标函数的值；

基于鲸鱼优化算法和二进制鲸鱼优化算法，分别优化资源分配策略和计算卸载决策来求解所述目标函数，实现系统最优的计算卸载决策和资源分配策略。

进一步地，所述构建协同无线供电边缘计算的工业互联网环境下的系统模型，包括：

构建能量收集模型，包括：

将第u个无线传感设备收集的能量采用下式表示：

E_u^hav＝λ_uTμh_uP_u