一种用于海事边缘节点的在线优化资源管理办法制造技术

本发明专利技术涉及一种用于海事边缘节点的在线优化资源管理办法，属于通信网络技术领域。本发明专利技术提供一种以保证不同应用的服务质量，提高通信资源效率的在线优化资源管理算法。该算法在资源调度节点上既不需要资源成本函数也不需要服务质量约束函数。此外，也不需要学习策略中通常需要的梯度信息。该算法仅基于最后一个时隙的观察来执行每个时隙中计算资源和通信资源的资源管理。通过逐时隙分配资源，可以达到通信成本最小化，同时可以满足长期的延迟约束以适合海事场景。

【技术实现步骤摘要】
一种用于海事边缘节点的在线优化资源管理办法
本专利技术涉及通信网络
，尤其是涉及一种用于海事边缘节点的在线优化资源管理办法。
技术介绍
随着海洋经济的快速发展，越来越多关于海事方面的应用涌现出来，导致产生更多的传感器部署和数据生成。当前的海上互联网受限于有限的通信资源和恶劣的传输环境，只能提供较低的传输速率，传统的资源管理办法已无法应对如今海事应用中产生的大量检测数据反馈。为了更加有效利用现有资源并保证应用程序的服务质量QoS(QualityofService)，急需一种以保证不同应用的服务质量，提高通信资源效率的在线优化资源管理算法。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服现有技术存在的缺陷而提供一种以保证不同应用的服务质量，提高通信资源效率的在线优化资源管理算法。该算法在资源调度节点上既不需要资源成本函数也不需要QoS约束函数。此外，也不需要学习策略中通常需要的梯度信息。取而代之的是，该算法仅基于最后一个时隙的观察来执行每个时隙中计算资源和通信资源的资源管理。通过逐时隙分配资源，可以达到通信成本最小化，同时可以满足长期的延迟约束以适合海事场景。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种用于海事边缘节点的在线优化资源管理办法，包括以下步骤：S1、构造海上通信网络模型，海上通信网络中，水下层部署了水下检测仪，水下机器人，水下无人航潜器等用于监视，检测以及其他功能的水下设备。边缘层部署了船舶，浮标这些边缘节点会从其附近的水下设备收集数据，位于地面接入层的数据中心，雷达，基站等再对这些边缘节点发送来的数据进行处理。关注于这些边缘节点收集数据的反馈。水下设备会在观察周期T内产生不同应用程序的流(流是为其提供QoS的实体，它是从发射机到接收机的一系列数据包序列)。传输时段是有时隙的，使用泊松模型描述由不同应用程序产生的数据分布，即应用程序i的数据到达速率γi遵循泊松分布，且不同的应用程序具有不同的QoS要求；S2、边缘节点上的可用资源包括分配给不同应用程序i对收集到的信息数据进行通信处理的通信资源和分配给不同应用程序i对收集到的信息数据进行计算处理的计算资源。对于数据传输，边缘节点可以将总带宽B(t)针对t时隙的不同应用程序i分配不同的频率带宽。在数据传输前，边缘节点还可以针对不同的应用程序i分配不同的计算资源。对于不同的应用程序i，通过给定的传输数据量li和分配的带宽Bi，由于通信速率和计算速率是恒定的，可以确定在t时隙数据的传输时间和计算时间。同时，可以根据在t时刻获得的数据信息无需等待传输和计算完成在t+1时隙做出决策。在t时隙应用程序i的总延迟为:在t时隙不同应用程序i的延迟di(t)包括通信延迟和计算延迟通信延迟表示在t时隙应用程序i对收集到的信息数据进行通信处理的延迟，是关于传输数据量li(t)和分配的带宽Bi(t)的函数，计算延迟表示在t时隙应用程序i对收集到的信息数据进行计算处理的延迟，是关于Pi(t)的函数，其中，Li(t)表示在t时隙应用程序i在压缩前新到达的数据量，Pi(t)表示在t时隙应用程序i分配的计算资源，每个时隙中完成的数据流可以是分数，从而不需要将延迟的计算限制在每个时隙中，Bi(t)表示在t时隙分配给应用程序i的带宽，h0(Bi(t))表示带宽Bi的传输速率，对于K个应用程序在t时隙分别分配的带宽为{B1(t),B2(t)···,BK(t)}；S3、对原始迭代y1,λ1,参数δ和β,步长α和u进行初始化；S4、边缘节点确定资源分配操作集xt基于迭代值yt通过yt＝xt+δut得到，其中，u表示随机单位向量，时隙t是从1开始，从步骤S4到步骤S7循环进行，每循环一次时隙t加1；S5、边缘节点在查询点处收集成本值ft(xt)和约束值gt(xt)；S6、边缘节点更新对偶变量λt；S7、边缘节点更新在时隙t处的通信资源分配集Bt，更新在时隙t处的计算资源分配集Pt；其中，使用拟合度量FitT评估约束满足的程度，FitT越小，约束违反越小。本专利技术的有益效果是：使资源管理的实施更加容易，更适合于海洋场景。对信息反馈问题进行适当建模。安排时间以便在每个时隙轻松处理决策；应用流可以不受时隙限制地处理和传输；针对优化问题的在线解决方案共同调度计算和通信资源，同时保证延迟约束；借助于梯度的估计，可以在没有显式的成本和约束条件的情况下分配资源，这适合于现有的海上通信网络。附图说明图1为本专利技术海事边缘节点的在线优化资源管理办法的海上通信场景示意图；图2为本专利技术海事边缘节点的在线优化资源管理办法两个应用程序计算资源分配示意图；图3为本专利技术海事边缘节点的在线优化资源管理办法两个应用程序频率和时隙资源分配示意图；图4为本专利技术海事边缘节点的在线优化资源管理办法不同资源管理方案的平均成本比较；图5为本专利技术海事边缘节点的在线优化资源管理办法不同资源管理方案的服务质量保证率比较。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供一种用于海事边缘节点的在线优化资源管理办法，包括以下步骤：S1、如图1所示，给出了海上通信场景示意图。海上通信网络中，水下层1部署了水下检测仪2，水下机器人3，水下无人航潜器4等用于监视，检测以及其他功能的水下设备。边缘层5部署了船舶6，浮标7这些边缘节点会从其附近的水下设备收集数据，位于地面接入层8的数据中心9，雷达10，基站11等再对这些边缘节点发送来的数据进行处理。关注于这些边缘节点收集数据的反馈。传输时段是有时隙的，水下设备会在观察周期T内产生不同应用程序的一系列数据包序列。使用泊松模型描述由不同应用程序产生的数据分布，即应用程序i的数据到达速率γi遵循泊松分布，且不同的应用程序具有不同的QoS要求；S2、如图2所示，给出了两个应用程序计算资源分配示意图。应用程序乙被分配两个计算队列进行计算处理数据，而应用程序甲被分配一个计算队列进行计算处理数据。如图3所示，给出了两个应用程序频率和时隙资源分配示意图。应用程序甲比应用程序乙被分配更多的频率带宽。应用程序甲使用2个时隙进行计算处理，应用程序乙使用1个时隙进行计算处理，应用程序甲使用1个时隙进行传输，应用程序乙使用2个时隙进行传输。不将数据处理和传输限制在一个时隙，则时隙t到达的数据处理和传输也可以在时隙t以后的时隙进行处理和传输，并仍然可以逐个时隙作出决定。在t时隙不同应用程序i的总延迟为:在t时隙不同应用程序i的延迟di(t)包括通信延迟和计算延迟通信延迟表示在t时隙应用程序i对收集到的信息数据进行通信处理的延迟，是关于传输数据量li(t)和分配的带宽Bi(t)的函数，计算延迟表示在t时隙应用程序i对收集到的信息数据进行计算处理的延迟，是关于Pi(t)的函数，其中，Li(t)表示在t时隙应用程序i在压缩前新到达的数据量，Pi(t)表示在t时隙应用程序i分配的计算资源，每个时隙中完成的数据流可以是分数，从而不需本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于海事边缘节点的在线优化资源管理办法，包括以下步骤：/nS1、使用泊松模型描述由不同应用程序产生的数据分布，即不同应用程序i的数据到达速率γ

【技术特征摘要】
1.一种用于海事边缘节点的在线优化资源管理办法，包括以下步骤：
S1、使用泊松模型描述由不同应用程序产生的数据分布，即不同应用程序i的数据到达速率γi遵循泊松分布，且不同的应用程序具有不同的QoS要求；
S2、计算在t时隙应用程序i的总延迟，在t时隙不同应用程序i的总延迟为:



在t时隙不同应用程序i的延迟di(t)包括通信延迟和计算延迟通信延迟表示在t时隙应用程序i对收集到的信息数据进行通信处理的延迟，是关于传输数据量li(t)和分配的带宽Bi(t)的函数，计算延迟表示在t时隙应用程序i对收集到的信息数据进行计算处理的延迟，是关于Pi(t)的函数，其中，Li(t)表示在t时隙应用程序i在压缩前新到达的数据量，Pi(t)表示在t时隙应用程序i分配的计算资源，每个时隙中完成的数据流可以是分数，从而不需要将延迟的计算限制在每个时隙中，Bi(t)表示在t时隙分配给应用程序i的带宽，h0(Bi(t)...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐艳丽，唐浩，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海;31