一种边缘物联代理通信资源分配的方法及相关产品

技术领域

本申请涉及物联网技术领域，特别是涉及一种边缘物联代理通信资源分配的方法及相关产品。

背景技术

智慧物联体系是电力物联网数据采集的来源和实现各类应用的基础，是实现能源互通以及共享互济的必要物质基础，对加快推动电力行业战略目标落地具有重要意义。主要包括物联管理平台、边缘物联代理和各类型终端标准化接入。

边缘物联代理是指对各类智能传感器以及智能业务终端进行统一接入、数据解析和实时计算的装置或组件。边缘物联代理与物联管理平台双向互联，部署在边缘侧，实现跨专业数据就地集成共享、区域自治和云边协同业务处理。现有的边缘物联代理通信资源分配的方法相对固定，无法满足当前边缘物联代理业务差异化的传输需求，导致业务传输滞后，缺乏一定即时性的问题。

因此，如何提高边缘物联代理业务传输的即时性，是本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

基于上述问题，本申请提供了一种边缘物联代理通信资源分配的方法及相关产品，基于权重和满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型并求解，从而实现了通信资源的分配，解决了现有技术边缘物联代理业务传输缺乏一定即时性的问题。

第一方面，本申请提供了一种边缘物联代理通信资源分配的方法，包括：

获取边缘物联代理对带宽需求程度的影响因素；所述影响因素包括：传输数据量类别的影响因素、传输时延要求类别的影响因素、剩余缓存空间类别的影响因素以及数据危急程度类别的影响因素；

确定所述边缘物联代理对数据传输时延的满意程度；

基于所述影响因素确定所述边缘物联代理在传输网络中的权重；

基于所述权重和所述满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型；

利用遗传算法和注水算法求解所述边缘物联代理通信网络资源分配模型，实现所述边缘物联代理的通信资源的分配。

可选的，所述确定所述边缘物联代理对数据传输时延的满意程度，包括：

基于效用函数计算所述边缘物联代理的效用值；

根据所述效用值确定所述边缘物联代理对数据传输时延的满意程度；

所述效用函数为：

其中m为边缘物联代理总数，U

可选的，所述基于所述影响因素确定所述边缘物联代理在传输网络中的权重，包括：

分别确定各类别的影响因素对所述边缘物联代理的带宽资源需求程度影响的权重；

对各类别的影响因素进行无量纲处理，得到各类别的影响因素对应的无量纲化形式；

结合所述各类别的影响因素对所述边缘物联代理的带宽资源需求程度影响的权重以及所述各类别的影响因素对应的无量纲化形式，利用整体权重算法确定所述边缘物联代理在传输网络中的权重；

所述整体权重算法为：

其中ω

可选的，所述分别确定各类别的影响因素对所述边缘物联代理的带宽资源需求程度影响的权重，包括：

结合各类别的影响因素，采用专家打分法构建初始资源分配矩阵；

基于所述初始资源分配矩阵确定各类别的影响因素对所述边缘物联代理的带宽资源需求程度影响的权重。

可选的，所述对各类别的影响因素进行无量纲处理，得到各类别的影响因素对应的无量纲化形式，包括：

确定各类别的影响因素的表达式；

结合剩余缓存空间类别的影响因素的表达式以及数据危急程度类别的影响因素的表达式，将所述剩余缓存空间类别的影响因素以及所述数据危急程度类别的影响因素按等级划分，确定剩余缓存空间等级和数据危急程度等级的表达式；

基于传输数据量类别的影响因素的表达式、传输时延要求类别的影响因素的表达式、剩余缓存空间等级的表达式以及数据危急程度等级的表达式得到各类别的影响因素对应的无量纲化形式。

可选的，所述基于所述权重和所述满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型之前，还包括：

利用一致化检验算法对各类别的影响因素对带宽资源需求程度影响的权重比进行一致化检验；

所述一致化检验算法为：

其中α表示各类别的影响因素的个数，R

当所述C

可选的，所述基于所述权重和所述满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型，包括：

基于所述权重和所述满意程度，以最大化加权效用和为目标建立边缘物联代理通信网络的子载波和功率分配模型；

所述边缘物联代理通信网络的子载波和功率分配模型为：

其中

第二方面，本申请提供了一种边缘物联代理通信资源分配的装置，包括：

获取模块，用于获取边缘物联代理对带宽需求程度的影响因素；所述影响因素包括：传输数据量类别的影响因素、传输时延要求类别的影响因素、剩余缓存空间类别的影响因素以及数据危急程度类别的影响因素；

第一确定模块，用于确定所述边缘物联代理对数据传输时延的满意程度；

第二确定模块，用于基于所述影响因素确定所述边缘物联代理在传输网络中的权重；

建立模块，用于基于所述权重和所述满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型；

分配模块，用于利用遗传算法和注水算法求解所述边缘物联代理通信网络资源分配模型，实现所述边缘物联代理的通信资源的分配。

第三方面，本申请提供了一种边缘物联代理通信资源分配的设备，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述边缘物联代理通信资源分配的方法的步骤。

第四方面，本申请提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述边缘物联代理通信资源分配的方法的步骤。

从以上技术方案可以看出，相较于现有技术，本申请具有以下优点：

本申请首先获取边缘物联代理对带宽需求程度的影响因素。其中，影响因素包括：传输数据量类别的影响因素、传输时延要求类别的影响因素、剩余缓存空间类别的影响因素以及数据危急程度类别的影响因素。然后确定边缘物联代理对数据传输时延的满意程度，并基于影响因素确定边缘物联代理在传输网络中的权重。最后基于权重和满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型，并利用遗传算法和注水算法求解边缘物联代理通信网络资源分配模型，实现边缘物联代理的通信资源的分配。由此，基于权重和满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型并求解，从而实现了通信资源的分配，提高了边缘物联代理业务传输的即时性。

附图说明

图1为本申请提供的一种边缘物联代理通信资源分配的方法的流程图；

图2为本申请提供的一种信道资源和功率资源分配结果的示意图；

图3为本申请提供的一种加权传输速率和随边缘物联代理数量变化对比的示意图；

图4为本申请提供的一种边缘物联代理通信资源分配的装置的结构示意图。

具体实施方式

正如前文所述，现有的边缘物联代理通信资源分配的方法容易导致业务传输缺乏一定即时性。具体来说，经过十余年发展，电力物联网应用已具有一定基础，接入智能电表等各类终端 5.4亿台(套)，采集数据日增量超过60TB，如此大量且类型复杂的业务类型通过边缘物联代理进行业务传输。而边缘自身缓存能力有限，由于边缘节点需要对海量数据进行感知、传输，若当前节点缓存空间不足，不仅会导致系统局部拥塞发生，降低系统传输效率，还会造成数据包的丢失，降低电力物联网的效率，从而影响系统的性能。因此，现有的相对固定的边缘物联代理通信资源分配的方法已经无法满足当前边缘物联代理业务差异化的传输需求，导致业务传输滞后，缺乏一定即时性的问题。

为解决上述问题，本申请提供了一种边缘物联代理通信资源分配的方法，包括：首先获取边缘物联代理对带宽需求程度的影响因素。其中，影响因素包括：传输数据量类别的影响因素、传输时延要求类别的影响因素、剩余缓存空间类别的影响因素以及数据危急程度类别的影响因素。然后确定边缘物联代理对数据传输时延的满意程度，并基于影响因素确定边缘物联代理在传输网络中的权重。最后基于权重和满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型，并利用遗传算法和注水算法求解边缘物联代理通信网络资源分配模型，实现边缘物联代理的通信资源的分配。

如此，基于权重和满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型并求解，从而实现了通信资源的分配，提高了边缘物联代理业务传输的即时性。

需要说明的是，本申请提供的一种边缘物联代理通信资源分配的方法及相关产品可应用于物联网技术领域。上述仅为示例，并不对本申请提供的一种边缘物联代理通信资源分配的方法及相关产品的应用领域进行限定。

为了使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的一种边缘物联代理通信资源分配的方法的流程图。结合图1所示，本申请提供的一种边缘物联代理通信资源分配的方法，可以包括：

S101：获取边缘物联代理对带宽需求程度的影响因素；所述影响因素包括：传输数据量类别的影响因素、传输时延要求类别的影响因素、剩余缓存空间类别的影响因素以及数据危急程度类别的影响因素。

在实际应用中，建设智慧物联体系，构建覆盖能源电力系统全环节的电力物联网，对外可以推动电源侧、电网侧、客户侧以及供应链泛在互联，实现对电网和客户状态的深度感知，汇聚各类资源参与系统调节，促进源网荷储协调互动，支撑区域能源自治，提高电网优化配置资源、安全保障和智能互动能力；对内可以推动感知层资源共享和“数据一个源”，实现源端数据融通和业务实时在线，汇聚各类数据进行共享应用。智慧物联体系主要包括物联管理平台、边缘物联代理和各类型终端标准化接入。其中，针对当前边缘物联代理业务差异化的传输需求，需要合理对边缘物联代理通信资源进行分配。因此，分配前首先需要获取影响边缘物联代理对带宽需求程度的因素。本申请主要获取的是传输数据量类别的影响因素、传输时延要求类别的影响因素、剩余缓存空间类别的影响因素以及数据危急程度类别的影响因素。

S102：确定所述边缘物联代理对数据传输时延的满意程度。

在实际应用中，单个边缘物联代理对数据传输存在时延要求，即边缘物联代理业务由边缘物联代理传输到物联管理平台的时间要求。本申请为了使通信资源分配更加合理，需要确定边缘物联代理对数据传输时延的满意程度。具体的，可以通过传输时延要求类别的影响因素结合效用函数确定。

另外，由于确定数据传输时延的满意程度的方式不尽相同，因此本申请可以就一种可能的确定方式进行说明。

在一种情况下，针对如何确定满意程度。相应的，S102：确定所述边缘物联代理对数据传输时延的满意程度，具体包括：

基于效用函数计算所述边缘物联代理的效用值；

根据所述效用值确定所述边缘物联代理对数据传输时延的满意程度；

所述效用函数为：

其中m为边缘物联代理总数，U

在实际应用中，可以利用传输时延要求类别的影响因素结合效用函数确定单个边缘物联代理对时延的满意程度。具体的，效用函数可以表示为：

其中，m为边缘物联代理总数，U

S103：基于所述影响因素确定所述边缘物联代理在传输网络中的权重。

在实际应用中，对边缘物联代理进行通信资源分配时，仅考虑边缘物联代理对数据传输时延的满意程度缺乏一定合理性。由于，感知层存在的边缘物联代理有很多，且每个边缘物联代理上处理的业务不尽相同，有轻重缓急之分。因此本申请还需要结合各个边缘物联代理所对应的影响因素确定该边缘物联代理在传输网络中的权重，从而使边缘物联代理通信资源分配的装置优先为权重高的边缘物联代理分配资源。

另外，由于确定边缘物联代理在传输网络中的权重的方式不尽相同，因此本申请可以就一种可能的确定方式进行说明。

在一种情况下，针对如何确定权重。相应的，S103：基于所述影响因素确定所述边缘物联代理在传输网络中的权重，具体包括：

分别确定各类别的影响因素对所述边缘物联代理的带宽资源需求程度影响的权重；

对各类别的影响因素进行无量纲处理，得到各类别的影响因素对应的无量纲化形式；

结合所述各类别的影响因素对所述边缘物联代理的带宽资源需求程度影响的权重以及所述各类别的影响因素对应的无量纲化形式，利用整体权重算法确定所述边缘物联代理在传输网络中的权重；

所述整体权重算法为：

其中ω

在实际应用中，边缘物联代理业务实时传输时，由于传输业务的边缘特性以及边缘物联代理自身当前缓存能力的不同，致使对传输带宽的需求程度不同。首先利用层次分析法计算各类别影响因素的权重，即分别确定各类别的影响因素对边缘物联代理的带宽资源需求程度影响的权重。然后进行各类别的影响因素的无量纲处理，对传输数据量类别的影响因素、传输时延要求类别的影响因素、剩余缓存空间等级、数据危急程度等级进行去量纲化得到其对应的无量纲化形式。最后结合整体权重算法，计算各边缘物联代理在传输网络中权重。其中整体权重算法为：

其中，ω

另外，由于确定各类别的影响因素对边缘物联代理的带宽资源需求程度影响的权重的方式不尽相同，因此本申请可以就一种可能的确定方式进行说明。

在一种情况下，针对如何确定权重。相应的，所述分别确定各类别的影响因素对所述边缘物联代理的带宽资源需求程度影响的权重，包括：

结合各类别的影响因素，采用专家打分法构建初始资源分配矩阵；

基于所述初始资源分配矩阵确定各类别的影响因素对所述边缘物联代理的带宽资源需求程度影响的权重。

在实际应用中，采用专家打分法对各类别的影响因素的重要程度进行排序，初始资源分配矩阵的构建如下：

在矩阵A中，将传输数据量类别的影响因素记为1，传输时延要求类别的影响因素记为2，剩余缓存空间类别的影响因素记为3，数据危急程度类别的影响因素记为4。

另外，由于无量纲处理的方式不尽相同，因此本申请可以就一种可能的处理方式进行说明。

在一种情况下，针对如何进行无量纲处理。相应的，所述对各类别的影响因素进行无量纲处理，得到各类别的影响因素对应的无量纲化形式，包括：

确定各类别的影响因素的表达式；

结合剩余缓存空间类别的影响因素的表达式以及数据危急程度类别的影响因素的表达式，将所述剩余缓存空间类别的影响因素以及所述数据危急程度类别的影响因素按等级划分，确定剩余缓存空间等级和数据危急程度等级的表达式；

基于传输数据量类别的影响因素的表达式、传输时延要求类别的影响因素的表达式、剩余缓存空间等级的表达式以及数据危急程度等级的表达式得到各类别的影响因素对应的无量纲化形式。

在实际应用中，首先假设有m个边缘物联代理，每个边缘物联代理携带的数据量大小为

其中，

另外，由于验证权重合理性的方式不尽相同，因此本申请可以就一种可能的验证方式进行说明。

在一种情况下，针对如何验证所得权重的合理性。相应的，所述基于所述权重和所述满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型之前，还包括：

利用一致化检验算法对各类别的影响因素对带宽资源需求程度影响的权重比进行一致化检验；

所述一致化检验算法为：

其中α表示各类别的影响因素的个数，R

当所述C

在实际应用中，可以对权重比进行一致性检验。结合一致化检验算法，利用一致性比率来判定权重比的一致性。具体的，一致化检验算法为：

其中，α表示各类别的影响因素的个数，R

S104：基于所述权重和所述满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型。

在实际应用中，对于单个边缘物联代理的通信资源分配主要考虑该边缘物联代理对数据传输时延的满意程度以及该边缘物联代理在传输网络中的权重。因此本申请可以将边缘物联代理对数据传输时延的满意程度以及边缘物联代理在传输网络中的权重作为条件，建立边缘物联代理通信网络资源分配模型，通过求解该模型实现合理对边缘物联代理通信资源进行分配。

另外，由于建立边缘物联代理通信网络资源分配模型的方式不尽相同，因此本申请可以就一种可能的建立方式进行说明。

在一种情况下，针对如何建立边缘物联代理通信网络资源分配模型。相应的，S104：基于所述权重和所述满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型，具体包括：

基于所述权重和所述满意程度，以最大化加权效用和为目标建立边缘物联代理通信网络的子载波和功率分配模型；

所述边缘物联代理通信网络的子载波和功率分配模型为：

其中

在实际应用中，通信资源分配主要考虑子载波和功率的分配。因此在满足边缘物联代理差异化传输时延要求的前提下，最大化系统用户的加权效用和

其中

S105：利用遗传算法和注水算法求解所述边缘物联代理通信网络资源分配模型，实现所述边缘物联代理的通信资源的分配。

在实际应用中，将具体数值代入，利用遗传算法和注水算法对边缘物联代理通信网络的子载波和功率分配模型进行求解，从而实现边缘物联代理的通信资源的分配。

另外，还可以基于仿真软件对边缘物联代理通信网络资源分配结果进行仿真分析。

具体的，假设场景存在边缘物联代理1、边缘物联代理2以及边缘物联代理3对应的数据传输量、传输时延要求、剩余缓存空间以及数据危急程度分别为2.8Mbit、150ms、35%以及一般；2.3Mbit、100ms、30%以及严重；1.9Mbit、70ms、15%以及危急。通过本申请提供的算法得到分配结果。图2为本申请提供的一种信道资源和功率资源分配结果的示意图。结合图2所示，其中边缘物联代理1、边缘物联代理2以及边缘物联代理3分别分配到的子载波个数为41、61、90，与发射功率对应，符合按照边缘物联代理对通信资源需求程度的不同为其分配带宽资源的要求。然后为了验证仿真算法的有效性，本申请可以用动态平均分配算法、Shen算法与本文算法进行仿真对比。图3为本申请提供的一种加权传输速率和随边缘物联代理数量变化对比的示意图。结合图3所示，随着边缘物联代理数量的增加，由于单个边缘物联代理能够分配到的带宽资源减小，导致传输速率有所降低，但相较于动态平均分配算法和Shen算法，利用本文算法考虑边缘侧业务传输需求的差异性，按需动态为各边缘物联代理分配信道质量较好的频率资源，能在满足边缘侧业务传输时延要求的前提下，使业务敏感型用户能够分配到更多的带宽资源，提高系统用户加权传输速率和。需要注意的是，本文算法指的是遗传算法和注水算法。

综上所述，本申请首先获取边缘物联代理对带宽需求程度的影响因素。其中，影响因素包括：传输数据量类别的影响因素、传输时延要求类别的影响因素、剩余缓存空间类别的影响因素以及数据危急程度类别的影响因素。然后确定边缘物联代理对数据传输时延的满意程度，并基于影响因素确定边缘物联代理在传输网络中的权重。最后基于权重和满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型，并利用遗传算法和注水算法求解边缘物联代理通信网络资源分配模型，实现边缘物联代理的通信资源的分配。由此，基于权重和满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型并求解，从而实现了通信资源的分配，提高了边缘物联代理业务传输的即时性。

基于上述实施例提供的一种边缘物联代理通信资源分配的方法，本申请还提供了一种边缘物联代理通信资源分配的装置。下面分别结合实施例和附图，对该边缘物联代理通信资源分配的装置进行描述。

图4为本申请实施例提供的一种边缘物联代理通信资源分配的装置的结构示意图。结合图4所示，本申请实施例提供的边缘物联代理通信资源分配的装置200，包括：

获取模块201，用于获取边缘物联代理对带宽需求程度的影响因素；所述影响因素包括：传输数据量类别的影响因素、传输时延要求类别的影响因素、剩余缓存空间类别的影响因素以及数据危急程度类别的影响因素；

第一确定模块202，用于确定所述边缘物联代理对数据传输时延的满意程度；

第二确定模块203，用于基于所述影响因素确定所述边缘物联代理在传输网络中的权重；

建立模块204，用于基于所述权重和所述满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型；

分配模块205，用于利用遗传算法和注水算法求解所述边缘物联代理通信网络资源分配模型，实现所述边缘物联代理的通信资源的分配。

作为一种实施方式，针对如何确定边缘物联代理对数据传输时延的满意程度，上述第一确定模块202具体用于：

基于效用函数计算所述边缘物联代理的效用值；

根据所述效用值确定所述边缘物联代理对数据传输时延的满意程度；

所述效用函数为：

其中m为边缘物联代理总数，U

作为一种实施方式，针对如何基于影响因素确定边缘物联代理在传输网络中的权重，上述第二确定模块203具体包括：第一确定子模块、处理模块以及第二确定子模块；

第一确定子模块，用于分别确定各类别的影响因素对所述边缘物联代理的带宽资源需求程度影响的权重；

处理模块，用于对各类别的影响因素进行无量纲处理，得到各类别的影响因素对应的无量纲化形式；

第二处理子模块，用于结合所述各类别的影响因素对所述边缘物联代理的带宽资源需求程度影响的权重以及所述各类别的影响因素对应的无量纲化形式，利用整体权重算法确定所述边缘物联代理在传输网络中的权重；

所述整体权重算法为：

其中ω

作为一种实施方式，针对如何分别确定各类别的影响因素对边缘物联代理的带宽资源需求程度影响的权重，上述第一确定子模块具体用于：

结合各类别的影响因素，采用专家打分法构建初始资源分配矩阵；

基于所述初始资源分配矩阵确定各类别的影响因素对所述边缘物联代理的带宽资源需求程度影响的权重。

作为一种实施方式，针对如何对各类别的影响因素进行无量纲处理，得到各类别的影响因素对应的无量纲化形式，上述处理模块具体用于：

确定各类别的影响因素的表达式；

结合剩余缓存空间类别的影响因素的表达式以及数据危急程度类别的影响因素的表达式，将所述剩余缓存空间类别的影响因素以及所述数据危急程度类别的影响因素按等级划分，确定剩余缓存空间等级和数据危急程度等级的表达式；

基于传输数据量类别的影响因素的表达式、传输时延要求类别的影响因素的表达式、剩余缓存空间等级的表达式以及数据危急程度等级的表达式得到各类别的影响因素对应的无量纲化形式。

作为一种实施方式，针对如何验证权重分配是否合理，上述边缘物联代理通信资源分配的装置200还包括：检验模块；

检验模块，用于利用一致化检验算法对各类别的影响因素对带宽资源需求程度影响的权重比进行一致化检验；

所述一致化检验算法为：

其中α表示各类别的影响因素的个数，R

当所述C

作为一种实施方式，针对如何建立边缘物联代理通信网络资源分配模型，上述建立模块204具体用于：

基于所述权重和所述满意程度，以最大化加权效用和为目标建立边缘物联代理通信网络的子载波和功率分配模型；

所述边缘物联代理通信网络的子载波和功率分配模型为：

其中

综上所述，本申请首先获取边缘物联代理对带宽需求程度的影响因素。其中，影响因素包括：传输数据量类别的影响因素、传输时延要求类别的影响因素、剩余缓存空间类别的影响因素以及数据危急程度类别的影响因素。然后确定边缘物联代理对数据传输时延的满意程度，并基于影响因素确定边缘物联代理在传输网络中的权重。最后基于权重和满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型，并利用遗传算法和注水算法求解边缘物联代理通信网络资源分配模型，实现边缘物联代理的通信资源的分配。由此，基于权重和满意程度建立边缘物联代理通信网络资源分配模型并求解，从而实现了通信资源的分配，提高了边缘物联代理业务传输的即时性。

另外，本申请还提供了一种边缘物联代理通信资源分配的设备，包括：存储器，用于存储计算机程序；处理器，用于执行所述计算机程序时实现如上述任一项所述边缘物联代理通信资源分配的方法的步骤。

另外，本申请还提供了一种可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述边缘物联代理通信资源分配的方法的步骤。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。