[发明专利]一种具有安全保障的基于模拟退火的多接入计算分流方法

摘要

一种具有安全保障的基于模拟退火的多接入计算分流方法，包括以下步骤：(1)考虑某个移动用户i，它在的K个基站服务范围内，每个基站配备有一个边缘计算服务器可以为移动用户i提供计算分流服务，提出了一种满足移动用户的服务质量保证用户的传输信息安全的同时，最小化移动用户的上行传输总能量；(2)将问题TECM分解为两层优化问题；(3)针对底层问题，运用拉格朗日常数法，并对溢出概率进行线性枚举，优化了系统的总能量消耗；(4)根据顶层问题，采用了模拟退火算法，进一步优化了系统的总能量消耗；(5)通过底层问题与顶层问题的交互迭代，最终解决问题TECM。本发明具有较高的安全性和可靠性。

主权项

1.一种具有安全保障的基于模拟退火的多接人计算分流方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)考虑某个移动用户i，它在的K个基站BS服务范围内，每个基站配备有一个边缘计算服务器可以为移动用户i提供计算分流服务，边缘服务器用集合表示，移动用户i需要完成的计算任务总量用表示，移动用户i将部分计算任务量分流至边缘计算服务器完成，其中分流至边缘计算服务器k计算任务量用s_ik表示，由移动用户i本地完成的剩余计算任务量可以通过计算得到，同时考虑存在一个恶意窃听者窃听移动用户i分流至不同边缘计算服务器的计算任务量，在满足安全性能要求的前提下最小化系统总能量消耗的优化问题描述为如下所示的TECM问题，TECM指的是Total energy consumption minimization；在TECM问题中，代表移动用户i消耗的总能量，ε_i代表移动用户i在计算任务量分流过程中被窃听者窃听的概率；将问题中的各个参数说明如下：移动用户i的总能量消耗；移动用户i的总流量需求；P_ik：移动用户i到边缘计算服务器k的传输功率/W；移动用户本地的功率/W；移动用户i的本地计算能力/Mbps；V_k：边缘计算服务器k的计算能力/Mbps；W_k：移动用户i到边缘计算服务器k的传输信道带宽/MHz；边缘计算服务器k的最大能量消耗/J；系统最大延时/s；g_ik：移动用户i到边缘计算服务器k的信道增益；g_iE：移动用户i到窃听者的信道功率增益；θ_ik：窃听者的窃听强度；n_k：传输信道噪声功率/w；n_kE：传输信道噪声功率/w；n_ikE：窃听信号噪声功率/w；α_iE：窃听通道的平均信道强度；问题中的各个变量说明如下：s_ik：移动用户i分流到边缘计算服务器k的数据量/Mbps；t_ik：移动用户i的上行传输时间/s；ε_i：移动用户i在计算任务量分流过程中被窃听者窃听的概率；(2)TECM问题是一个关于和ε_i的优化问题，为解决这个问题，暂且将和ε_i看成定值来优化TECM‑Sub问题如下表示：constraint(1‑2)constraint(1‑7)constraint(1‑8)TECM‑Sub问题是一个关于的凸性问题，结合constraint(1‑2)和constraint(1‑8)，移动用户i消耗的总能量相关的拉格朗日表达式，如下：对(2‑3)求关于λ₁和λ₂的一阶偏导，得到：在这里解(2‑4)，(2‑5)和(2‑6)，得到是关于λ₁和λ₂的函数；分析和整理表达式，有以下三种情况：Casel：λ₁＞0，λ₂＝0，是关于λ₁的函数，使用对分搜索找到使得确定Casell：λ₁＝0，λ₂＞0，是关于λ₂的函数，使用对分搜索找到使得确定Caselll：λ₁＝0，λ₂＝0，此时为一组定值，若满足确定若TECM‑Sub问题是不可行的；若TECM‑Sub问题可行，且只有Casell和CaseIII可能成立；若Casel，Casell和CaseIII都有可能存在；通过此较Casel，Casell和CaseIII三种情况下，确定为了进一步确定ε_i的值，使用枚举此较的方式获得最优的值；(3)算法SolTECM‑Sub‑Algorithm解决TECM‑Sub问题确定过程如下：步骤3.1：初始化迭代参数l＝1，迭代步长ζ；步骤3.2：给定移动用户上行传输时间步骤3.3：设定当前最优值当前最优解设定ε_i＝l*ζ；步骤3.4：判定是否成立，若成立，执行3.11否则执行3.5；步骤3.5：判定是否成立，若成立，执行3.6，否则执行3.8；步骤3.6：判定是否成立，若成立，执行步骤3.7，否则执行步骤3.10立，若成立，执行步骤3.9，否则执行步骤3.10；步骤3.9：设定CS＝ε_i；步骤3.10：设定l＝l+1，执行步骤3.4；步骤3.11：结束循环，输出最优解CV；至此，算法SolTECM‑Sub‑Algorithm解决了TECM‑Sub问题，并得到了(4)算法SolTECM‑Top‑Algorithm解决问题TECM‑Top，得到优化的过程如下：步骤4.1：初始化温度值T₁，下降温度d，最低温度值T_final，退火次数t＝1，循环计数变量N_count＝0；步骤4.2：设定当前最优值当前最优解步骤4.3：随机产生一组设定步骤4.4：设定步骤4.5：判断T_f＞T_final是否成立，若成立，执行步骤4.6，否则执行步骤4.16；步骤4.6：设定t＝t+1；步骤4.7：以为中心随机生成步骤4.8：以为输入，通过SolTECM‑Sub‑Algorithm算法，计算得到步骤4.9：判断是否成立，若成立，执行步骤4.10，否则执行步骤4.11；步骤4.10：设定N_count＝0；步骤4.11：根据均匀分布在[0，1]之间生成随机数δ，判定是否成立，若成立，执行步骤4.12，否则执行步骤4.13；步骤4.12：设定N_count＝0；步骤4.13：N_count＝N_count+1；步骤4.14：判断N_count≥50是否成立，若成立，则停止循环，否则执行步骤4.15；步骤4.15：更新T_t＝T_t‑1*d，执行步骤4.5；步骤4.16：结束循环，输出最优解最后，算法SolTECM‑Top‑Algorithm输出的代表TECM问题所求的系统最小消耗能量。