申请/专利权人：西安电子科技大学

申请日：2022-11-25

公开（公告）日：2024-04-30

公开（公告）号：CN115866559B

主分类号：H04W4/40

分类号：H04W4/40;H04W24/06;H04W28/06;H04W12/02;H04W52/02;H04W28/08;H04W16/22

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.30#授权;2023.04.14#实质审查的生效;2023.03.28#公开

摘要：本发明公开了一种非正交多址接入辅助的车联网低能耗安全卸载方法，包括：设定单基站车联网通信场景，用排队论对车辆到达道路过程建模；用NOMA方式将用户车辆和空闲辅助车辆接入车联网通信系统，在预设系统场景条件下，将空闲辅助车辆与用户车辆的NOMA配对选择、发送功率选择和用户车辆对边缘服务器的计算资源块选择作为优化目标，至少基于计算时延建立约束条件，构建最小化系统能耗的优化问题；利用部分车辆环境下的状态信息训练预先设计的目标A3C网络得到训练完成的目标模型；将待处理车辆的状态信息输入目标模型输出动作作为决策结果。本发明将物理层安全技术和NOMA在车联网边缘计算网络中结合，能确保信息安全并降低系统能耗。

主权项：1.一种非正交多址接入辅助的车联网低能耗安全卸载方法，其特征在于，包括：设定单基站车联网通信场景，利用排队论对车辆到达道路的过程进行建模；其中，所述单基站车联网通信场景包括用户车辆的集合、空闲辅助车辆的集合和窃听者车辆的集合；在车辆到达道路过程的建模结果基础上，采用NOMA方式将用户车辆和空闲辅助车辆接入车联网通信系统，在预设系统场景条件下，将空闲辅助车辆与用户车辆的NOMA配对选择、发送功率选择和用户车辆对边缘服务器的计算资源块选择作为优化目标，至少基于计算时延建立约束条件，构建最小化系统能耗的优化问题；其中，所述预设系统场景条件，包括：每个用户车辆占用一个频带且彼此间无干扰；窃听者车辆仅被动窃听用户车辆发送至基站的信息；所述车联网通信系统包括多个NOMA簇，每个NOMA簇由多个空闲辅助车辆与一个用户车辆组成；空闲辅助车辆用于干扰窃听者；同一个NOMA簇中，基站对用户车辆最后解码；用户车辆利用物理层安全技术将信息保密卸载至基站；利用所述车联网通信系统中部分车辆环境下的状态信息对预先设计的目标A3C网络进行训练，得到训练完成的目标模型；其中，部分车辆环境下的状态信息包括用户车辆发送的数据包大小以及车辆的信道信息；所述目标A3C网络经结构设计、动作设计和奖励设计得到；动作与所述优化问题的优化目标对应；奖励基于系统能耗和计算时延设计得到；将所述车联网通信系统中待处理车辆的状态信息输入所述目标模型，输出相应的动作作为决策结果；其中，所述优化问题的表达式，包括： C1:C2:C3:C4:C5:C6:C7:其中，表示第i个用户车辆消耗的总能量；Nu表示用户车辆的数量；X、Y、Z分别表示空闲辅助车辆与用户车辆的NOMA配对选择、发送功率选择和用户车辆对边缘服务器的计算资源块选择；min表示求最小值；C1～C7表示约束条件；二进制指示zi[k]表示边缘服务器的第k个资源块是否被分配给第i个用户车辆使用；fk表示第k个资源块的计算速率；表示边缘服务器最大计算速率；Nb表示边缘服务器的资源块数量；二进制指示ρj[i]表示第j个空闲辅助车辆与第i个用户车辆是否进行NOMA配对；Nh表示空闲辅助车辆的数量；二进制指示表示第i个用户车辆是否选择第m个发送功率Pm作为其发送功率；Np表示发送功率Pm的总数；二进制指示表示第j个空闲辅助车辆是否选择第m个发送功率Pm作为其发送功率；表示第i个用户车辆的计算任务在边缘服务器上计算的时间；T表示计算时延阈值；各二进制指示值为1和0时分别表示对应的指示结果为是和否；所述优化问题的构建过程，包括：根据第i个用户车辆的发送功率Piu、第i个用户车辆到基站的信道增益gi,B和噪声σ2，确定第i个用户车辆通过第i个频带到基站的卸载链路速率根据第i个用户车辆的发送功率Piu、第j个空闲辅助车辆的发送功率第i个用户车辆到第n个窃听者车辆的信道增益gi,n、第j个空闲辅助车辆到第n个窃听者车辆的信道增益gj,n、噪声σ2以及第j个空闲辅助车辆与第i个用户车辆是否进行NOMA配对的二进制指示ρj[i]，确定第n个窃听者车辆在第i个频带上对第i个用户车辆进行窃听时的速率并根据物理层安全技术确定第i个用户车辆的保密卸载速率根据第i个用户车辆计算任务的大小Bi与保密卸载速率的比值，确定第i个用户车辆将信息传输到基站的时间根据第i个用户车辆将信息传输到基站的时间第i个用户车辆是否选择第m个发送功率Pm作为其发送功率的二进制指示确定第i个用户车辆在将信息卸载到基站过程中消耗的能量根据第i个用户车辆将信息传输到基站的时间第j个空闲辅助车辆的发送功率第j个空闲辅助车辆与第i个用户车辆是否进行NOMA配对的二进制指示ρj[i]、第j个空闲辅助车辆是否选择第m个发送功率Pm作为其发送功率的二进制指示确定与第i个用户车辆配对的空闲辅助车辆消耗的能量基于第i个用户车辆计算任务的大小Bi、第k个资源块是否被分配给第i个用户车辆使用的二进制指示zi[k]、第k个资源块的计算速率fk，确定第i个用户车辆的计算任务在边缘服务器上计算的时间并确定第i个用户车辆在边缘服务器上消耗的能量将第i个用户车辆消耗的能量和之和作为其消耗的总能量将所有用户车辆消耗的总能量作为系统能耗构建优化问题，并设置所述优化问题的优化目标和约束条件C1～C7；其中，约束条件C1保证分配给所有用户车辆的处理速率不超过边缘服务器最大计算速率约束条件C2、C3、C4、C5保证每个用户车辆只能选择一个频带、一个发送功率和一个资源块，约束条件C6限制计算时延小于等于计算时延阈值T，约束条件C7指定优化目标的决策变量为二元变量；第i个用户车辆通过第i个频带到基站的卸载链路速率的计算公式，包括： 第n个窃听者车辆在第i个频带上对第i个用户车辆进行窃听时的速率的计算公式，包括： 第i个用户车辆的保密卸载速率的计算公式，包括： 其中，W表示频带带宽；表示窃听时受到的干扰；ve表示所有窃听者车辆的集合；ρj[i]＝1表示第j个空闲辅助车辆与第i个用户车辆进行了NOMA配对，ρj[i]＝0表示第j个空闲辅助车辆没有与第i个用户车辆进行NOMA配对；第i个用户车辆在将信息卸载到基站过程中消耗的能量的计算公式，包括： 其中，表示第i个用户车辆选择第m个发送功率Pm作为其发送功率，表示第i个用户车辆没有选择第m个发送功率Pm作为其发送功率；与第i个用户车辆配对的空闲辅助车辆消耗的能量的计算公式，包括： 其中，表示第j个空闲辅助车辆选择第m个发送功率Pm作为其发送功率，表示第j个空闲辅助车辆没有选择第m个发送功率Pm作为其发送功率；第i个用户车辆的计算任务在边缘服务器上计算的时间的计算公式，包括： 其中，zi[k]＝1表示第k个资源块被分配给第i个用户车辆使用，zi[k]＝0表示第k个资源块没有被分配给第i个用户车辆使用；u表示计算能力；第i个用户车辆在边缘服务器上消耗的能量的计算公式，包括： 其中，η表示处理器电容系数。

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