本發(fā)明屬于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于MEC的蜂窩基站間任務(wù)卸載方法。

背景技術(shù)：

在未來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)種類和負(fù)載數(shù)量的急劇增長(zhǎng)對(duì)移動(dòng)終端和網(wǎng)絡(luò)都是一種挑戰(zhàn)，移動(dòng)云計(jì)算(Mobile Cloud Computing，MCC)是解決移動(dòng)終端資源有限這一挑戰(zhàn)普遍認(rèn)同的一種技術(shù)，MCC的基本實(shí)現(xiàn)形式就是任務(wù)卸載(Offloading)，而超密集部署和新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如移動(dòng)邊緣計(jì)算(MEC)，霧計(jì)算(Fog Computing)是應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)方面問(wèn)題一致認(rèn)同的方法。在超密集部署的網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景下，通過(guò)結(jié)合新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和資源管理技術(shù)來(lái)提高用戶的體驗(yàn)質(zhì)量(QoE)和網(wǎng)絡(luò)性能。任務(wù)卸載已經(jīng)成為了提升移動(dòng)終端性能的有效途徑，通過(guò)這種途徑，使用戶擁有了更多的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力。同時(shí)，任務(wù)卸載還會(huì)讓移動(dòng)終端減少?gòu)?fù)雜的、耗能的計(jì)算任務(wù)。任務(wù)卸載的機(jī)制是終端將所需要執(zhí)行的任務(wù)通過(guò)信道上傳到為其提供服務(wù)的云進(jìn)行處理，處理完成后，將處理結(jié)果回傳。從任務(wù)卸載的機(jī)制可以發(fā)現(xiàn)，任務(wù)卸載終端與云端的交互過(guò)程實(shí)質(zhì)上是資源置換的過(guò)程。終端通過(guò)相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)通信資源，來(lái)置換云端的計(jì)算和存儲(chǔ)資源。因此任務(wù)卸載的資源優(yōu)化可分為通信資源優(yōu)化和計(jì)算資源資源優(yōu)化兩大部分。當(dāng)前已有的相關(guān)研究，在這兩方面均有涉及，但是大部分只簡(jiǎn)單考慮了任務(wù)卸載到“遠(yuǎn)端云”，而不是其他形式的云。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

未解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于MEC的蜂窩基站間任務(wù)卸載方法，能夠在提升熱區(qū)用戶的服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，又能確保盡可能減少功率的消耗，同時(shí)還能夠提高基站的計(jì)算資源的利用率。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種基于MEC的蜂窩基站間任務(wù)卸載方法，所述方法包括：

熱區(qū)基站s向周邊基站發(fā)送攜帶建立協(xié)作簇請(qǐng)求的參考信號(hào)，以使得周邊基站i將自己的剩余計(jì)算資源和參考信號(hào)接收功率報(bào)告給所述熱區(qū)基站s；其中，參考信號(hào)接收功率小于預(yù)設(shè)閾值的基站，不向所述熱區(qū)基站s報(bào)告；基站i根據(jù)自身接收到的參考信號(hào)接收功率，只選擇一個(gè)建立協(xié)作簇請(qǐng)求進(jìn)行回復(fù)；

所述熱區(qū)基站s收到至少一個(gè)基站的匯報(bào)，根據(jù)各個(gè)基站的參考信號(hào)接收功率和剩余計(jì)算資源，在預(yù)設(shè)時(shí)隙內(nèi)選擇信道較優(yōu)的，且剩余計(jì)算資源足夠計(jì)算卸載請(qǐng)求的N個(gè)協(xié)作基站，建立協(xié)作簇；

初始化所述熱區(qū)基站s向協(xié)作簇內(nèi)各個(gè)協(xié)作基站的發(fā)送功率，并判斷各個(gè)發(fā)送功率是否滿足卸載請(qǐng)求的時(shí)延要求；如果不滿足，將各個(gè)發(fā)送功率按照預(yù)設(shè)步長(zhǎng)進(jìn)行更新；如果滿足，保存此時(shí)的發(fā)送功率分配矩陣；

根據(jù)所述熱區(qū)基站s的發(fā)送功率和時(shí)延確定聯(lián)合效用值，并選取所述聯(lián)合效用值最小的一組數(shù)據(jù)中的發(fā)送功率作為實(shí)際的發(fā)送功率。

進(jìn)一步地，熱區(qū)基站s向周邊基站發(fā)送攜帶建立協(xié)作簇請(qǐng)求的參考信號(hào)之后，所述方法還包括：

周邊基站周期性地對(duì)其接收到的參考信號(hào)接收功率進(jìn)行判斷，如果參考信號(hào)接收功率大于上報(bào)閾值，該周邊基站將其自身的剩余計(jì)算資源連同參考信號(hào)接收功率，通過(guò)上行信道報(bào)告給所述熱區(qū)基站s。

進(jìn)一步地，所述方法還包括：

當(dāng)周邊基站收到多個(gè)參考信號(hào)接收功率時(shí)，選擇最大的參考信號(hào)接收功率進(jìn)行回復(fù)；當(dāng)有多個(gè)參考信號(hào)接收功率相同時(shí)，隨機(jī)選擇一個(gè)進(jìn)行回復(fù)。

進(jìn)一步地，在預(yù)設(shè)時(shí)隙內(nèi)選擇信道較優(yōu)的，且剩余計(jì)算資源足夠計(jì)算卸載請(qǐng)求的N個(gè)協(xié)作基站，建立協(xié)作簇包括：

熱區(qū)基站s根據(jù)各個(gè)基站的參考信號(hào)接收功率和剩余計(jì)算資源，確定出加權(quán)和α×rsrp_i+β×F_i，并將所述加權(quán)和作為選擇協(xié)作基站的依據(jù)；其中i表示基站序號(hào)；rsrp_i表示周邊基站i收到的參考信號(hào)接收功率；F_i表示周邊基站i的剩余計(jì)算資源；α，β分別表示rsrp_i與F_i的權(quán)值；

從計(jì)算出的加權(quán)和中，從大到小選取N個(gè)基站建立協(xié)作簇。

進(jìn)一步地，所述方法還包括：

根據(jù)所述加權(quán)和為所述協(xié)作簇中相應(yīng)的協(xié)作基站分配卸載請(qǐng)求；其中，分配到各個(gè)協(xié)作基站的卸載請(qǐng)求的計(jì)算量按照以下公式確定：

其中δ_i＝α×rsrp_i+β×F_i，w_i表示為協(xié)作簇內(nèi)協(xié)作基站i分配的卸載請(qǐng)求的計(jì)算量，W表示卸載請(qǐng)求的總計(jì)算量。

進(jìn)一步地，在完成卸載請(qǐng)求的分配后，所述方法還包括：

通過(guò)初始化的發(fā)送功率，計(jì)算各個(gè)卸載請(qǐng)求在各個(gè)協(xié)作基站間對(duì)應(yīng)的時(shí)間分量；

比較各個(gè)時(shí)間分量，并通過(guò)預(yù)設(shè)功率搜索步長(zhǎng)，為時(shí)間分量較大的協(xié)作基站分配更大的發(fā)送功率，以減小傳輸時(shí)延，直至減小后的傳輸時(shí)延收斂，停止功率搜索的過(guò)程；

將滿足時(shí)延要求的發(fā)送功率記錄于分配矩陣中。

進(jìn)一步地，按照下述公式確定最終的發(fā)送功率：

其中p_sn表示熱區(qū)基站s針對(duì)協(xié)作簇中的基站n的發(fā)送功率，w_n表示分配到協(xié)作簇中基站n的卸載請(qǐng)求的計(jì)算量，F(xiàn)_n表示協(xié)作簇內(nèi)基站n的剩余計(jì)算資源，R_sn表示熱區(qū)基站s與協(xié)作簇中基站n的信道容量，S表示熱區(qū)基站的總數(shù)量。

本發(fā)明的有益效果在于：

本發(fā)明針對(duì)小蜂窩超密集部署場(chǎng)景下，熱區(qū)用戶無(wú)法得到較好的QoE問(wèn)題，采用建立協(xié)作簇，通過(guò)將熱區(qū)用戶的運(yùn)算任務(wù)卸載到協(xié)作簇內(nèi)基站處理，結(jié)合熱區(qū)基站與周邊基站的信道狀態(tài)、剩余可用計(jì)算資源，來(lái)選擇最優(yōu)協(xié)作簇、最優(yōu)負(fù)載分配以及最優(yōu)發(fā)送功率，從而解決熱區(qū)用戶不能得到較優(yōu)的QoE的問(wèn)題。并且在提升熱區(qū)用戶的QoE的同時(shí)，又能確保盡可能減少功率的消耗；同時(shí)，提高基站的計(jì)算資源的利用率。

附圖說(shuō)明

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明：

圖1為協(xié)作簇建立示意圖；

圖2為協(xié)作簇建立流程示意圖。

圖3為任務(wù)卸載到協(xié)作簇示意圖；

圖4為卸載任務(wù)分配和功率搜索流程圖；

圖5為本發(fā)明中協(xié)作簇建立卸載任務(wù)和發(fā)送功率分配總體流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。

在本申請(qǐng)中，可以不再拘泥于云計(jì)算，并研究如何在設(shè)備上(或者是在設(shè)備之間、網(wǎng)絡(luò)上)存儲(chǔ)和處理它們自身產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。不用不斷地移動(dòng)巨量的數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)端云進(jìn)行處理，而是放在設(shè)備邊緣進(jìn)行處理，把服務(wù)器中大部分?jǐn)?shù)據(jù)集放到數(shù)據(jù)預(yù)處理部分所在位置進(jìn)行處理，即在終端和數(shù)據(jù)中心之間再加一層，叫網(wǎng)絡(luò)邊緣層，如再加一個(gè)帶有存儲(chǔ)器的小服務(wù)器或路由器，把一些并不需要放到“云”中的數(shù)據(jù)在這一層直接處理和存儲(chǔ)，可大大減少“云”本身的壓力，既可提高其處理效率，也可提升其傳輸速率，并減低時(shí)延。就是選擇一部分設(shè)備作為協(xié)作簇，這個(gè)協(xié)作集合可以看做是一個(gè)“近端云”。通過(guò)任務(wù)卸載到近端云，既可以緩解“云”本身的壓力，也可提升其傳輸速率，從而降低時(shí)延。

本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于MEC的蜂窩基站間任務(wù)卸載方法，請(qǐng)參閱圖5，所述方法包括：

熱區(qū)基站s向周邊基站發(fā)送攜帶建立協(xié)作簇請(qǐng)求的參考信號(hào)，以使得周邊基站i將自己的剩余計(jì)算資源和參考信號(hào)接收功率報(bào)告給所述熱區(qū)基站s；其中，參考信號(hào)接收功率小于預(yù)設(shè)閾值的基站，不向所述熱區(qū)基站s報(bào)告；基站i根據(jù)自身接收到的參考信號(hào)接收功率，只選擇一個(gè)建立協(xié)作簇請(qǐng)求進(jìn)行回復(fù)；

所述熱區(qū)基站s收到至少一個(gè)基站的匯報(bào)，根據(jù)各個(gè)基站的參考信號(hào)接收功率和剩余計(jì)算資源，在預(yù)設(shè)時(shí)隙內(nèi)選擇信道較優(yōu)的，且剩余計(jì)算資源足夠計(jì)算卸載請(qǐng)求的N個(gè)協(xié)作基站，建立協(xié)作簇；

初始化所述熱區(qū)基站s向協(xié)作簇內(nèi)各個(gè)協(xié)作基站的發(fā)送功率，并判斷各個(gè)發(fā)送功率是否滿足卸載請(qǐng)求的時(shí)延要求；如果不滿足，將各個(gè)發(fā)送功率按照預(yù)設(shè)步長(zhǎng)進(jìn)行更新；如果滿足，保存此時(shí)的發(fā)送功率分配矩陣；

根據(jù)所述熱區(qū)基站s的發(fā)送功率和時(shí)延確定聯(lián)合效用值，并選取所述聯(lián)合效用值最小的一組數(shù)據(jù)中的發(fā)送功率作為實(shí)際的發(fā)送功率。

在本實(shí)施方式中,熱區(qū)基站s向周邊基站發(fā)送攜帶建立協(xié)作簇請(qǐng)求的參考信號(hào)之后，所述方法還包括：

周邊基站周期性地對(duì)其接收到的參考信號(hào)接收功率進(jìn)行判斷，如果參考信號(hào)接收功率大于上報(bào)閾值，該周邊基站將其自身的剩余計(jì)算資源連同參考信號(hào)接收功率，通過(guò)上行信道報(bào)告給所述熱區(qū)基站s。

在本實(shí)施方式中,所述方法還包括：

當(dāng)周邊基站收到多個(gè)參考信號(hào)接收功率時(shí)，選擇最大的參考信號(hào)接收功率進(jìn)行回復(fù)；當(dāng)有多個(gè)參考信號(hào)接收功率相同時(shí)，隨機(jī)選擇一個(gè)進(jìn)行回復(fù)。

在本實(shí)施方式中，在預(yù)設(shè)時(shí)隙內(nèi)選擇信道較優(yōu)的，且剩余計(jì)算資源足夠計(jì)算卸載請(qǐng)求的N個(gè)協(xié)作基站，建立協(xié)作簇包括：

熱區(qū)基站s根據(jù)各個(gè)基站的參考信號(hào)接收功率和剩余計(jì)算資源，確定出加權(quán)和α×rsrp_i+β×F_i，并將所述加權(quán)和作為選擇協(xié)作基站的依據(jù)；其中i表示基站序號(hào)；rsrp_i表示周邊基站i收到的參考信號(hào)接收功率；F_i表示周邊基站i的剩余計(jì)算資源；α，β分別表示rsrp_i與F_i的權(quán)值；

從計(jì)算出的加權(quán)和中，從大到小選取N個(gè)基站建立協(xié)作簇。

在本實(shí)施方式中，所述方法還包括：

根據(jù)所述加權(quán)和為所述協(xié)作簇中相應(yīng)的協(xié)作基站分配卸載請(qǐng)求；其中，分配到各個(gè)協(xié)作基站的卸載請(qǐng)求的計(jì)算量按照以下公式確定：

其中δ_i＝α×rsrp_i+β×F_i，w_i表示為協(xié)作簇內(nèi)協(xié)作基站i分配的卸載請(qǐng)求的計(jì)算量，W表示卸載請(qǐng)求的總計(jì)算量。

在本實(shí)施方式中，在完成卸載請(qǐng)求的分配后，所述方法還包括：

通過(guò)初始化的發(fā)送功率，計(jì)算各個(gè)卸載請(qǐng)求在各個(gè)協(xié)作基站間對(duì)應(yīng)的時(shí)間分量；

比較各個(gè)時(shí)間分量，并通過(guò)預(yù)設(shè)功率搜索步長(zhǎng)，為時(shí)間分量較大的協(xié)作基站分配更大的發(fā)送功率，以減小傳輸時(shí)延，直至減小后的傳輸時(shí)延收斂，停止功率搜索的過(guò)程；

將滿足時(shí)延要求的發(fā)送功率記錄于分配矩陣中。

在本實(shí)施方式中，按照下述公式確定最終的發(fā)送功率：

其中p_sn表示熱區(qū)基站s針對(duì)協(xié)作簇中的基站n的發(fā)送功率，w_n表示分配到協(xié)作簇中基站n的卸載請(qǐng)求的計(jì)算量，F(xiàn)_n表示協(xié)作簇內(nèi)基站n的剩余計(jì)算資源，R_sn表示熱區(qū)基站s與協(xié)作簇中基站n的信道容量，S表示熱區(qū)基站的總數(shù)量。

具體地，圖1為協(xié)作簇建立示意圖，任何一個(gè)基站都具有一定的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力。其中有部分基站負(fù)載較重，且還有其服務(wù)的用戶發(fā)起卸載請(qǐng)求，而處在該服務(wù)基站周圍的某些基站負(fù)載較輕，擁有可用的閑置資源。這時(shí)候服務(wù)基站就會(huì)通過(guò)恒定功率的參考信號(hào)，來(lái)與周邊基站進(jìn)行交互，收集附近各基站的資源使用狀態(tài)。選擇合適的基站來(lái)建立協(xié)作簇。圖2為協(xié)作簇建立流程示意圖，如圖1和圖2所示，包括以下步驟：

步驟201：當(dāng)服務(wù)基站s本身資源處于高占用狀態(tài)，該基站s就會(huì)以一定功率和頻率的參考信號(hào)發(fā)起一個(gè)建立協(xié)作簇的請(qǐng)求。

步驟202：各個(gè)周邊基站收到該參考信號(hào)，判斷要不要回復(fù)該請(qǐng)求，如果參考信號(hào)接收功率大于上報(bào)閾值，該小基站則將其自身剩余計(jì)算資源連同參考信號(hào)接收功率，通過(guò)上行信道報(bào)告給請(qǐng)求協(xié)作的基站s。同一個(gè)基站為了避免被多個(gè)協(xié)作簇爭(zhēng)奪，當(dāng)基站收到多個(gè)參考信號(hào)接收功率的時(shí)候，選擇最大的參考信號(hào)接收功率回復(fù)，當(dāng)有多個(gè)參考信號(hào)接收功率相同時(shí)，隨機(jī)選擇一個(gè)回復(fù)。

步驟203：服務(wù)小基站計(jì)算匯報(bào)的所有α×rsrp_i+β×F_i；其中i表示基站序號(hào)，rsrp_i表示周邊基站i收到的參考信號(hào)接收功率，F(xiàn)_i表示基站i的剩余計(jì)算資源，α，β分別表示rsrp_i與F_i的權(quán)值。按照計(jì)算出來(lái)的數(shù)值，從大到小選擇N個(gè)作為協(xié)作基站。

請(qǐng)參閱圖3和圖4，具體來(lái)說(shuō)，本發(fā)明提供的方法包括以下流程：

步驟401：根據(jù)參考信號(hào)接收功率與剩余計(jì)算資源的加權(quán)和α×rsrp_i+β×F_i為相應(yīng)的協(xié)作基站分配運(yùn)算卸載請(qǐng)求，其中i表示基站序號(hào)；rsrp_i表示周邊基站i收到的參考信號(hào)接收功率；F_i表示基站i的剩余計(jì)算資源；α，β分別表示rsrp_i與F_i的權(quán)值。該加權(quán)和可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)α，β來(lái)設(shè)置參考信號(hào)和剩余計(jì)算資源的重要程度。當(dāng)信道狀態(tài)對(duì)運(yùn)算請(qǐng)求卸載影響比較大時(shí)，將參考信號(hào)對(duì)應(yīng)的因子α設(shè)一個(gè)較大的常數(shù)。同樣，當(dāng)剩余計(jì)算資源影響比較大時(shí)，將剩余計(jì)算資源β對(duì)應(yīng)的因子設(shè)一個(gè)較大的常數(shù)。分配到各個(gè)協(xié)作基站的運(yùn)算卸載請(qǐng)求計(jì)算量如下公式：

令δ_i＝α×rsrp_i+β×F_i

其中i表示基站序號(hào)；rsrp_i表示周邊基站i收到的參考信號(hào)接收功率；F_i表示基站i的剩余計(jì)算資源；α，β分別表示rsrp_i與F_i的權(quán)值。w_i表示為協(xié)作簇內(nèi)基站i分配的任務(wù)卸載運(yùn)算量。W表示任務(wù)卸載總計(jì)算量。

步驟402：先初始化熱區(qū)服務(wù)基站向各個(gè)協(xié)作基站的發(fā)送功率，判斷是否滿足卸載請(qǐng)求的時(shí)延要求，如果不滿足，將各個(gè)功率按照一定的步長(zhǎng)更新，如果滿足，保存此時(shí)的功率分配矩陣，繼續(xù)更新。

具體的，在完成運(yùn)算卸載分配后，在完成運(yùn)算卸載分配后，為了進(jìn)一步縮小運(yùn)算時(shí)延，通過(guò)功率的差異化分配，進(jìn)一步減小熱區(qū)基站s與協(xié)作簇內(nèi)各基站之間的最大傳輸時(shí)延。具體操作為首先通過(guò)初始化功率分配，計(jì)算各部分卸載請(qǐng)求在分量在各個(gè)協(xié)作基站間的各個(gè)時(shí)間分量，比較各個(gè)時(shí)間分量，然后通過(guò)一定的功率搜索步長(zhǎng)，為時(shí)間分量較大的那一個(gè)協(xié)作基站分配更大的發(fā)送功率，來(lái)減小傳輸時(shí)延，直到最大傳輸時(shí)延收斂，停止功率搜索。將滿足時(shí)延要求的所有功率分配矩陣記錄。

步驟403：根據(jù)熱區(qū)基站發(fā)送功率和時(shí)延聯(lián)合效用值，選取使該效用值最小的一組作為實(shí)際的發(fā)送功率。

具體地，選取發(fā)送功率的準(zhǔn)則為其中p_sn表示熱區(qū)基站s向協(xié)作簇基站n的發(fā)送功率，w_n表示分配到協(xié)作簇基站n的任務(wù)卸載運(yùn)算量，F(xiàn)_n表示協(xié)作簇內(nèi)基站n的剩余計(jì)算資源，R_sn表示熱區(qū)基站s與協(xié)作簇基站n的信道容量。表示協(xié)作簇內(nèi)傳輸?shù)淖畲髸r(shí)延；可以根據(jù)熱區(qū)服務(wù)基站s發(fā)送總功率與卸載請(qǐng)求經(jīng)歷的總時(shí)延加權(quán)和來(lái)選擇。具體操作為：計(jì)算每一種發(fā)送總功率和總時(shí)延的加權(quán)和選擇該加權(quán)和最小的那一組發(fā)送功率作為最終的發(fā)送功率。

最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。