[发明专利]一种水下边云协同网络的资源联合分配方法

权利要求书

1.一种水下边云协同网络的资源联合分配方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：根据地理位置，将水域划分为若干个同等面积大小的矩形网格，每个矩形网格内有相同数量的水下传感器，且每一矩形网格均有一个水下移动潜器独立负责数据采集工作；

步骤二：根据APPROX-TSP-TOUR算法求解岸基服务器及任一矩形网格内水下传感器构成的哈密顿回路，即单一水下移动潜器的移动路线；

步骤三：计算系统时延和能量损耗；所述系统时延包括：服务传输时延、服务计算时延、服务移动时延；所述服务传输时延为所述水下传感器同水下移动潜器进行水声通信所产生的传输时延、所述水下移动潜器同岸基服务器进行无线通信所产生的传输时延的和；所述服务计算时延为所述水下移动潜器卸载至岸基服务器的数据在所述岸基服务器的计算时延；所述服务移动时延为所述水下移动潜器遍历所述哈密顿回路的时间；所述能量损耗包括：所述水下移动潜器的水下前行能量损耗、计算损耗、通信传输损耗；

步骤四：基于所述系统时延和能量损耗，构建兼顾系统时延及能量损耗的资源分配模型，利用线性规划对所述兼顾系统时延及能量损耗的资源分配模型进行求解，得到最优的资源分配策略。

2.根据权利要求1所述的水下边云协同网络的资源联合分配方法，其特征在于，所述步骤三中，服务传输时延的表达式如下：

式中，D_tot是所在网格内传感器产生的总数据量，C_acou为水声信道容量，W_acou为水声频带宽度，为水声信噪比；D_edge是水下移动潜器进行处理的数据量，C_wire为无线信道容量，W_wire为无线频带宽度，为无线信噪比；

所述服务计算时延的表达式为：

式中，为岸基服务器每处理1bit数据所需的CPU cycle；

所述服务移动时延的表达式为：

式中，L是哈密顿回路的路径长度，V是水下移动潜器的移动速度。

3.根据权利要求2所述的水下边云协同网络的资源联合分配方法，其特征在于，所述步骤三中，水下移动潜器的水下前行能量损耗表达式为：

式中，为水下移动潜器每移动1m的能量损耗；

水下移动潜器的计算损耗表达式为：

式中，为每处理1bit数据的能量损耗；

水下移动潜器的通信传输损耗包括传感器同水下移动潜器进行水声通信的接收能量损耗和水下移动潜器同岸基服务器进行无线通信的发送能量损耗其表达式如下：

式中，为每接收1bit数据的能量损耗，为每发送1bit数据的能量损耗。

4.根据权利要求3所述的水下边云协同网络的资源联合分配方法，其特征在于，所述步骤四中，兼顾系统时延及能量损耗的资源分配模型的表达式如下：

0≤D_edge≤D_tot

λ≥0

式中，E_tot是水下移动潜器所具有的总能量。

5.根据权利要求1所述的水下边云协同网络的资源联合分配方法，其特征在于，所述步骤二中，APPROX-TSP-TOUR算法的具体求解过程如下：

(2.1)将所述传感器、岸基服务器作为结点，将所有结点相互连接，形成完全无向图；

(2.2)采用欧几里得距离作为两结点间的代价函数；

(2.3)利用MST-PRIM算法计算得到最小生成树T；

(2.4)对所生成的最小生成树T进行先序遍历，只记录首次访问的结点顺序；

(2.5)根据所述步骤(2.4)得到的结点顺序，依次连接传感器及岸基服务器结点，得到哈密顿回路。