一种基于泛化业务模型的协同服务网络资源管理方法与流程

技术特征：
1.一种基于泛化业务模型的协同服务网络资源管理方法，其特征在于，所述模型以业务为中心面向整体业务，通过设备调度决策决定执行子任务的设备及数量，表征任务的子任务拓扑结构，包含五种子任务类型——上传、下载、设备到设备传输、计算以及临时缓存，表征系统总时延和能量消耗以及设备带宽和发射功率分配的要求。2.根据权利要求1所述的一种基于泛化业务模型的协同服务网络资源管理方法，所述方法基于协同服务网络资源管理系统实现，其特征在于，所述方法包括：步骤1：一系列业务到来时，所述系统获取所有子任务的类型、每个业务中子任务的内在关联性以及子任务的数据大小；步骤2：物联网设备进行带宽分配和功率分配，得到本次迭代各设备处理各子任务的能耗；步骤3：基于步骤2中得到的能耗进行物联网设备调度；步骤4：在下一次迭代重复上述步骤1-步骤3直至协同服务网络资源管理算法收敛，此时带宽和功率分配以及设备调度的决策即为协同服务网络资源管理最优决策。3.根据权利要求1所述的一种基于泛化业务模型的协同服务网络资源管理方法，其特征在于，所述系统处理每个业务时，根据业务的不同需求将业务划分为若干不同种类的子任务，结合线型、树型以及图三种基本任务流模型拓扑结构，描述子任务之间的内在关联性，为每个子任务分配一个物联网设备进行处理，且每个物联网设备不会同时处理两个及以上的子任务；系统在处理业务的过程中，为设备分配带宽、功率以及确定设备需要处理的子任务至协同服务网络资源管理算法收敛，设备得到使得系统能耗最低的最优策略并按此策略进行带宽、功率分配以及设备调度。4.根据权利要求2所述的一种基于泛化业务模型的协同服务网络资源管理方法，其特征在于，步骤2所述带宽分配包括：上行链路带宽、下行链路带宽以及设备到设备带宽分配；且上行链路带宽、下行链路带宽以及设备到设备带宽分配系数的初始化方法为：按设备数n进行均匀分配，即上行链路、下行链路、设备到设备通信带宽的分配系数a,b,γ初始值为：5.根据权利要求2所述的一种基于泛化业务模型的协同服务网络资源管理方法，其特征在于，步骤2所述功率分配的功率分配系数的初始化方法为：将总功率p
sum
平均分配给每个设备，即设备的功率初始化满足6.根据权利要求2所述的一种基于泛化业务模型的协同服务网络资源管理方法，其特征在于，在所述步骤2中，进行上行链路带宽、下行链路带宽以及设备到设备带宽分配，包括以下步骤：步骤2.1：给定下行链路带宽分配系数b＝{b1,...,b
n
}、设备到设备通信带宽分配系数γ＝{γ1,...,γ
n
}、功率分配系数p＝{p1,...,p
n
}、设备初始调度x＝{x1,...,x
n
}；以与上行链路传输有关的能耗f0(a)作为目标函数，以所有子任务的处理时间不超过规定阈值t以及上行链路带宽分配系数之和不超过1为约束；步骤2.2：对目标函数f0(a)增加对数障碍函数；
对数障碍函数满足公式：将目标函数转换为t
a
f0(a) φ(a)；其中，t
a
＞0是确定近似精度的参数；步骤2.3：给定上行链路带宽分配系数初始值计算目标函数t
a
f0(a) φ(a)的梯度并令梯度等于0，得到关于上行链路带宽分配系数的更新公式t
a
▽
f0(a)
▽
φ(a)＝0；步骤2.4：更新参数t
a
＝μ
a
t
a
,其中μ
a
＞1。步骤2.5：重复步骤2.2-步骤2.4，直到目标函数t
a
f0(a) φ(a)的值收敛，此时得到此次迭代的上行链路带宽分配策略；步骤2.6：给定步骤2.5中得到的上行链路带宽分配策略的上行链路带宽分配系数a
*
＝{a1,...,a
n
}，功率分配系数p＝{p1,...,p
n
}、设备到设备通信带宽分配系数γ＝{γ1,...,γ
n
}和设备初始调度x＝{x1,...,x
n
}，按步骤2.1中给定，以与下行链路传输有关的能耗f0(b)作为目标函数，以所有子任务的处理时间不超过规定阈值t以及下行链路带宽分配系数之和不超过1为约束；步骤2.7：对目标函数f0(b)增加对数障碍函数，对数障碍函数满足公式：将目标函数转换为t
b
f0(b) φ(b)；其中，t
b
＞0是确定近似精度的参数；步骤2.8：给定下行链路带宽分配系数初始值计算目标函数t
b
f0(b) φ(b)的梯度并令梯度等于0，得到关于下行链路带宽分配系数的更新公式t
b
▽
f0(b)
▽
φ(b)＝0；步骤2.9：更新参数t
b
＝μ
b
t
b
,其中μ
b
＞1；步骤2.10：重复步骤2.7-步骤2.9，直到目标函数t
b
f0(b) φ(b)的值收敛，此时得到此次迭代的下行链路带宽分配策略；步骤2.11：给定步骤2.5中得到的上行链路带宽分配策略的上行链路带宽分配系数a
*
＝{a1,...,a
n
}，步骤2.10中得到的下行链路带宽策略的下行链路带宽分配系数b
*
＝{b1,...,b
n
}，功率分配系数p＝{p1,...,p
n
}和设备初始调度x＝{x1,...,x
n
}，按步骤2.1中给定，以与设备到设备通信传输有关的能耗f0(γ)作为目标函数，以所有子任务的处理时间不超过规定阈值t以及设备到设备通信带宽分配系数之和不超过1为约束；步骤2.12：对目标函数f0(γ)增加对数障碍函数，对数障碍函数满足公式：将目标函数转换为t
γ
f0(γ) φ(γ)；其中，t
γ
＞0是确定近似精度的参数；步骤2.13：给定设备到设备通信带宽分配系数初始值计算目标函数t
γ
f0(γ) φ(γ)的梯度并令梯度等于0，得到关于下行链路带宽分配系数的更新公式t
γ
▽
f0(γ)
▽
φ(γ)＝0；
步骤2.14：更新参数t
γ
＝μ
γ
t
γ
,其中μ
γ
＞1；步骤2.15：重复步骤2.12-步骤2.14，直到目标函数t
γ
f0(γ) φ(γ)的值收敛，此时得到此次迭代的设备到设备通信带宽分配策略。7.根据权利要求2所述的一种基于泛化业务模型的协同服务网络资源管理方法，其特征在于，在所述步骤2中，功率分配的方法包括以下步骤：步骤2.16：给定步骤2.5中得到的上行链路带宽分配策略的上行链路带宽分配系数a
*
＝{a1,...,a
n
}，步骤2.10中得到的下行链路带宽分配策略的下行链路带宽分配系数b
*
＝{b1,...,b
n
}，步骤2.15中得到的设备到设备通信带宽分配策略的设备到设备通信带宽分配系数γ
*
＝{γ1,
…
,γ
n
}，设备初始调度x＝{x1,...,x
n
}按步骤2.1中给定，以与功率有关的能耗f0(p)作为目标函数，以所有子任务的处理时间不超过规定阈值t以及设备的总发射功率不超过阈值p
sum
为约束；步骤2.17：对目标函数f0(p)增加对数障碍函数，对数障碍函数满足公式：将目标函数转换为t
p
f0(p) φ(p)；其中，t
p
＞0是确定近似精度的参数；步骤2.18：给定设备的功率分配系数初始值p
sum
为网络中所有设备的总功率，计算目标函数t
p
f0(p) φ(p)的梯度并令梯度等于0，得到关于功率分配系数的更新公式t
p
▽
f0(p)
▽
φ(p)＝0；步骤2.19：更新参数t
p
＝μ
p
t
p
,其中μ
p
＞1；步骤2.20：重复步骤2.17-步骤2.19，直到目标函数t
p
f0(p) φ(p)的值收敛，此时得到此次迭代的设备功率分配策略。8.根据权利要求2所述的一种基于泛化业务模型的协同服务网络资源管理方法，其特征在于，在所述步骤3中，设备调度步骤包括：步骤3.1：构建一个系数矩阵e，矩阵的行和列数均为n，矩阵的行和列分别由设备和子任务组成，矩阵中的每个元素由设备处理子任务产生的能耗c
i,j
构成；步骤3.2：对系数矩阵进行变换，用每行每个元素减去该行最小元素；步骤3.3：对系数矩阵进行变换，用每列每个元素减去该列最小元素；步骤3.4：使用最少数量水平和垂直线覆盖系数矩阵中的所有零元素，即标记出最少水平和垂直线所对应的行和列，如果数量等于n，则所有不同行不同列的所有零元素所在的子任务-设备对即为此次迭代的设备调度策略；否则，继续执行步骤3.5；步骤3.5：在步骤3.4中找到未被标记的行和列中最小元素，用所有未标记的行和列中的元素减去该元素；所有被标记了两次的元素，即所在行和所在列均被标记的元素，加上该最小元素；步骤3.6：重复步骤3.4-步骤3.5，直到得到此次迭代的设备调度策略。

技术总结
本发明公开了一种基于泛化业务模型的协同服务网络资源管理方法，所述方法基于协同服务网络资源管理系统实现，所述方法包括：系统获取所有子任务的类型、每个业务中子任务的内在关联性以及子任务的数据大小；物联网设备进行带宽分配和功率分配，得到本次迭代各设备处理各子任务的能耗；基于能耗进行物联网设备调度；在下一次迭代重复上述步骤直至协同服务网络资源管理算法收敛，此时带宽和功率分配以及设备调度的决策即为协同服务网络资源管理最优决策。本发明利用联合网络资源分配和设备调度的方法，得到各设备处理各子任务的能耗，在包含多个不同业务的多物联网设备系统中，做出最优的带宽、功率分配以及设备调度的决策。功率分配以及设备调度的决策。功率分配以及设备调度的决策。


技术研发人员：黄洋 陈韬亦 彭会湘 吴璇 吴启晖 董超 赵玉龙 崔皓禹
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：2022.07.27
技术公布日：2022/11/11