物联网系统中的多跳任务卸载方法

本发明涉及物联网领域，具体涉及一种在不完整信息情况下应用于大规模异构物联网系统中的多跳任务卸载方法。

背景技术：

1、近年来，随着嵌入式技术、传感器技术、无线通信等技术的长足发展，以及通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术的发展和完善，物联网逐渐从概念走向现实，成为科研界和工业界研究的热点。物联网集成了嵌入式设备的传感、计算和通信能力，泛应用于自动驾驶、智能电网、工业增强现实、大气环境监测、智能城市等多种场景。然而，由于物联设备数量的爆炸式增长，并且其中大多计算能力有限，大多数物联网设备无法满足一些计算密集型或分层敏感型应用程序的要求。

2、多接入边缘计算(mec)是一种新兴的技术，在移动网边缘提供it服务环境和云计算能力。在mec的帮助下，物联网设备可以将计算任务转移到具有足够计算资源的边缘服务器上，这是一种能显著降低物联网设备的延迟和能耗的解决方法。但是大多数关于mec的现有方法的主要假设均要求所有物联网设备都可以直接连接到配备有边缘服务器的基站，这被称为单跳任务卸载。然而，当物联网系统的规模加大，同时由于通讯中的障碍物阻挡和信息通讯信道拥塞，基站的通信范围就会显得十分有限，物联网设备可能会丧失与基站的稳定连接。

3、为了解决这一问题，研究人员考虑通过多跳传输来增加边缘服务的覆盖范围，从而降低服务器部署成本。在这些方法中，物联网设备相互协作，将任务数据转发到基站，称为多跳任务卸载，虽然已经取得了一些成果，但由于未能有效应对获得信息不完整的情况并且给出相应的联合卸载决策和路由策略的问题，它们未能被完全应用于大规模的异构物联网系统。

4、基于此，为了解决异构物联网系统下设备信息的不完整性，本发明提出了一种基于不完全信息的两层博弈论方法的不完全信息下的物联网设备决策问题和路由选择问题。

技术实现思路

1、为了解决或部分解决上述部分或全部技术问题，本发明是通过如下技术方法实现的：

2、一种物联网系统中的多跳任务卸载方法，该方法包括如下步骤：根据本地存储的历史数据和基于层级的少数者博弈方法，物联网设备估计卸载成本，并基于估计的卸载成本和本地成本，做出卸载决策；基站根据接收到的卸载请求，利用基于博弈论的路由方法对物联网设备卸载的传输路径进行调度，发送传输路径至物联网设备；根据所述传输路径，所述物联网设备将任务卸载到目标基站；所述目标基站执行完任务后，返回卸载任务的执行和传输数据至所述物联网设备。

3、在某些实施例中，所述基于层级的少数人博弈方法，包括如下步骤：物联网设备根据来自基站的传输跳数被划分为多个层级；通过层级估计法估计每一级的传输成本和计算成本；通过比较估计的卸载成本和本地成本，做出卸载决策。

4、在某些实施例中，所述层级估计方法，包括如下步骤：根据物联网设备到基站的传输跳数划分层级；对于物联网设备中数据从j(h)级传输到j(h-1)级，分为以下两个部分：第一部分为：通过历史数据估算从j(h)级的节点传输到j(h)级的其它节点或其它级的数据传输成本；第二部分为：通过并行传输法估算从j(h)级的节点传输到j(h-1)级的节点的数据传输成本；其中，j(h)是在基站j中的第h层，j(h-1)是在基站j中的第h-1层。

5、在某些实施例中，所述并行传输法，包括如下步骤：设置参数和并反复迭代，直至趋势不再变化；其中，参数为基站j将数据从j(h)级别传输到j(h-1)级别的物联网设备的数量的值；参数是lh,h-1的子集，并且lh,h-1是连接j(h-1)级别中的节点到j(h)级别中的节点的传输链路的集合。

6、在某些实施例中，如果lh,h-1中的数据传输链路的数量大于从lh,h-1中选择具有高传输速率的链路作为否则，等于lh,h-1。

7、在某些实施例中，当物联网设备决定卸载任务，且任务的卸载成本小于本地成本时，物联网设备发出所述卸载请求。

8、在某些实施例中，所述基于博弈论的路由方法为每个物联网设备竞争传输链路的资源的静态博弈达到纳什均衡的策略且对于任意的i∈λj，ri∈r，满足其中，λj为包含决定将其任务卸载到基站j的物联网设备集合；r表示一个可行的路由策略集，是ri的代价函数。

9、在某些实施例中，物联网设备寻找最优传输路径，并比较原传输路径的势函数是否大于新传输路径的势函数；如果是，则物联网设备更新路由策略；如果所述静态博弈收敛于纳什均衡或迭代次数大于最大迭代次数，迭代过程将终止，传输路径规划结束。

10、在某些实施例中，若所述博弈论路由方法运行时间超过预定时间，使用dijkstra方法替换，并将dijkstra方法所得结果用来调度卸载物联网设备的传输路径。

11、在某些实施例中，基于接收到的任务执行和传输的结果，更新层级估计方法的迭代参数。

12、本发明所披露的多种实施例，分别具有如下有益的技术效果之一或多个，更多的有益效果将在具体实施例中介绍：

13、(1)在大规模异质物联网系统中，由于用户设备隐私性的要求，原有的卸载方法难以获得完整的信息，继而对相关物联网的设备卸载工作造成一定的影响。本发明在此基础上提出了一种新的基于不完全信息的两阶段博弈论方法来解决在该种应用场景下物联网设备的卸载决策和路由问题。

14、(2)提出了基于层级的少数人博弈(hmg)来解决卸载决策问题，利用博弈论路由方法对物联网设备卸载的传输路径进行调度。

15、(3)为了避免动态场景下的收敛失败，还提出了减少收敛时间的自适应机制。

16、(4)经过了大量的模拟实验来研究具有不完全信息的两阶段博弈论方法，且与三种基础的方法进行比较的结果表明，本发明比传统的贪心方法和单跳卸载方法至少提高了194.17％的性能，至少降低了61.6％的总体卸载成本，并且该方法消息成本仅为完整信息方法的1％。

17、上述技术方法/特征，旨在对具体实施方式部分中所描述的技术方法、技术特征进行概括，因而记载的范围可能不完全相同。但是该部分披露的这些新的技术方法及技术特征，与后续具体实施方式部分公开的技术特征，以相互合理组合的方式披露更多的技术方法。

18、本发明任意位置所披露的所有技术特征所组合出的技术方法，用于对技术方法的概括、专利文件的修改、技术方法的披露。

技术特征：

1.一种物联网系统中的多跳任务卸载方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的物联网系统中的多跳任务卸载方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的物联网系统中的多跳任务卸载方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的物联网系统中的多跳任务卸载方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的物联网系统中的多跳任务卸载方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述的物联网系统中的多跳任务卸载方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的物联网系统中的多跳任务卸载方法，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的物联网系统中的多跳任务卸载方法，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的物联网系统中的多跳任务卸载方法，其特征在于：

10.根据权利要求2所述的物联网系统中的多跳任务卸载方法，其特征在于：

技术总结
本申请公开了一种在不完整信息情况下应用于大规模异构物联网系统中的多跳任务卸载方法。为有效应对获得信息不完整的情况并且给出相应的联合卸载决策和路由策略的问题，本申请提出的具有不完全信息的两阶段博弈论方法：根据本地存储的历史数据和基于层级的少数者博弈方法，物联网设备估计卸载成本，并基于估计的卸载成本和本地成本，做出卸载决策；基站根据接收到的卸载请求，利用基于博弈论的路由决策对物联网设备卸载的传输路径进行调度，发送传输路径至物联网设备；根据所述传输路径，所述物联网设备将任务卸载到目标基站。本发明从两阶段博弈论角度，解决了物联网设备的卸载决策和路由问题，提高卸载性能，降低了卸载成本。

技术研发人员：赵志为,闵革勇,张新宇,黄海峰,黄文杰
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11