本公開涉及帶寬分配，特別涉及一種帶寬分配方法及裝置、電子設(shè)備、存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)已成為醫(yī)療保健領(lǐng)域的一股變革力量，它將醫(yī)療設(shè)備和應(yīng)用程序相結(jié)合，創(chuàng)建了高度個性化且高效的醫(yī)療生態(tài)系統(tǒng)。健康監(jiān)測系統(tǒng)是醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的一個關(guān)鍵應(yīng)用。在健康監(jiān)測系統(tǒng)中，患者身上的可穿戴設(shè)備連續(xù)跟蹤該患者的生物醫(yī)療數(shù)據(jù)，并將該數(shù)據(jù)傳輸?shù)交颊叩慕K端設(shè)備，終端設(shè)備作為網(wǎng)關(guān)，可將相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給醫(yī)療服務(wù)提供者，使醫(yī)療服務(wù)提供者能夠以最小的成本連續(xù)監(jiān)控患者的健康狀況。此外，健康監(jiān)測系統(tǒng)還能擴展患者的活動范圍，顯著提高患者的生活質(zhì)量。

2、由于通信資源的限制以及患者自有設(shè)備計算能力的不足，現(xiàn)有的健康監(jiān)測系統(tǒng)面臨重大挑戰(zhàn)，系統(tǒng)的效率和響應(yīng)性受到了一定限制。移動邊緣計算（mobile?edgecomputing，mec）和第六代無線網(wǎng)絡(luò)的提出為克服這些障礙提供了解決方案。移動邊緣計算和第六代無線網(wǎng)絡(luò)在醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中的融合可能成為下一代醫(yī)療技術(shù)的基石。

3、在基于醫(yī)療物聯(lián)網(wǎng)的健康監(jiān)測系統(tǒng)中，傳輸帶寬的分配是一個關(guān)鍵問題，它顯著影響著系統(tǒng)的整體性能?，F(xiàn)有技術(shù)提出了一種兩步法策略，在該策略中，第一步基于醫(yī)療級服務(wù)質(zhì)量要求來調(diào)度任務(wù)，第二步基于智能網(wǎng)關(guān)的潛在策略行為，提出了一種非合作的延遲依賴優(yōu)先隊列游戲。然而，上述兩步法策略僅關(guān)注了醫(yī)療級服務(wù)質(zhì)量，而忽略了健康監(jiān)測系統(tǒng)的需求?，F(xiàn)有技術(shù)還提出了一種合作討價還價游戲，用于優(yōu)化無線信道資源的分配，并通過一個去中心化的非合作游戲進行計算卸載決策，以最小化整個系統(tǒng)的能耗。該現(xiàn)有技術(shù)在資源分配時考慮了醫(yī)療緊急性、信息時效性和包含服務(wù)器在內(nèi)的系統(tǒng)整體能耗等方面，卻忽略了病人隱私泄露風(fēng)險和患者移動設(shè)備待機時長問題。現(xiàn)有技術(shù)還提出了一些其他方法，目的是減少能耗或減少時間延遲，但同樣忽略了健康監(jiān)測系統(tǒng)的需求。

4、鑒于可穿戴設(shè)備與終端設(shè)備之間有限的通信帶寬，一個優(yōu)化的帶寬分配策略顯得至關(guān)重要。帶寬分配策略通常旨在基于醫(yī)療關(guān)鍵性對任務(wù)進行優(yōu)先級排序，同時最小化患者的可穿戴設(shè)備和終端設(shè)備的整體能耗?？纱┐髟O(shè)備的連續(xù)采樣特性還要求其在新任務(wù)生成前及時將數(shù)據(jù)傳輸至終端設(shè)備，以防數(shù)據(jù)丟失。此外，終端設(shè)備的電池壽命通常有限，這使得延長設(shè)備待機時間以確保健康監(jiān)測系統(tǒng)持續(xù)運行并提高患者便利性變得更加重要。

5、因此，如何在帶寬分配時平衡能效、醫(yī)療關(guān)鍵性、消息壽命、設(shè)備待機時間，以促進一個響應(yīng)靈敏且可靠的健康監(jiān)測系統(tǒng)，成為本領(lǐng)域亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本公開旨在至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題之一，提供一種帶寬分配方法及裝置、電子設(shè)備、存儲介質(zhì)。

2、本公開的一個方面，提供了一種帶寬分配方法，應(yīng)用于健康監(jiān)測系統(tǒng)，所述健康監(jiān)測系統(tǒng)包括終端設(shè)備、與所述終端設(shè)備通信連接的若干可穿戴設(shè)備；

3、所述帶寬分配方法包括：

4、根據(jù)所述終端設(shè)備的電池運行時間系數(shù)、能耗系數(shù)以及各所述可穿戴設(shè)備對應(yīng)的任務(wù)醫(yī)療緊急性、消息生命周期、剩余電池容量，基于用戶系統(tǒng)效用，構(gòu)建帶寬分配的目標(biāo)效用函數(shù)及其對應(yīng)的約束條件；

5、根據(jù)所述目標(biāo)效用函數(shù)及其對應(yīng)的約束條件，構(gòu)建拉格朗日函數(shù)；

6、基于所述拉格朗日函數(shù)，導(dǎo)出karush–kuhn–tucker(kkt)條件；

7、求解所述kkt條件，得到所述終端設(shè)備對應(yīng)的最優(yōu)帶寬分配方案；

8、根據(jù)所述最優(yōu)帶寬分配方案，將所述終端設(shè)備的信道帶寬分配給各所述可穿戴設(shè)備。

9、可選地，所述根據(jù)所述終端設(shè)備的電池運行時間系數(shù)、能耗系數(shù)以及各所述可穿戴設(shè)備對應(yīng)的任務(wù)醫(yī)療緊急性、消息生命周期、剩余電池容量，基于用戶系統(tǒng)效用，構(gòu)建帶寬分配的目標(biāo)效用函數(shù)及其對應(yīng)的約束條件，包括：

10、根據(jù)公式1，構(gòu)建所述目標(biāo)效用函數(shù)：

11、公式1；

12、其中，表示第i個終端設(shè)備的目標(biāo)效用函數(shù)；表示第i個終端設(shè)備的可分配帶寬；表示與第i個終端設(shè)備通信連接的第j個可穿戴設(shè)備對應(yīng)的消息生命周期，且j=1,2,……, m， m表示與第i個終端設(shè)備通信連接的可穿戴設(shè)備的總數(shù)；表示與第i個終端設(shè)備通信連接的第j個可穿戴設(shè)備對應(yīng)的任務(wù)醫(yī)療緊急性；表示第i個終端設(shè)備的能耗系數(shù)；表示第i個終端設(shè)備的電池運行時間系數(shù)；表示與第i個終端設(shè)備通信連接的第j個可穿戴設(shè)備分配到的帶寬；表示與第i個終端設(shè)備通信連接的第j個可穿戴設(shè)備對應(yīng)的計算參數(shù)；表示終端設(shè)備的最小能耗閾值；表示終端設(shè)備的最大能耗閾值；表示與第i個終端設(shè)備通信連接的第j個可穿戴設(shè)備的剩余電池容量；表示終端設(shè)備的最小帶寬閾值；表示終端設(shè)備的最大帶寬閾值；

13、根據(jù)公式2，確定所述目標(biāo)效用函數(shù)對應(yīng)的約束條件：

14、公式2；

15、其中，表示目標(biāo)效用函數(shù)的第一個約束條件；表示第i個終端設(shè)備可分配的最大帶寬閾值；表示目標(biāo)效用函數(shù)的第j+1個約束條件；表示與第i個終端設(shè)備通信連接的第j個可穿戴設(shè)備所需的最小帶寬閾值。

16、可選地，所述根據(jù)所述目標(biāo)效用函數(shù)及其對應(yīng)的約束條件，構(gòu)建拉格朗日函數(shù)，包括：

17、根據(jù)公式3，構(gòu)建所述拉格朗日函數(shù)：

18、公式3；

19、其中，表示所述拉格朗日函數(shù)；表示拉格朗日乘數(shù)；表示第k個拉格朗日乘數(shù)；表示目標(biāo)效用函數(shù)的第k個約束條件，k=1,2,……, m+1。

20、可選地，所述基于所述拉格朗日函數(shù)，導(dǎo)出karush–kuhn–tucker(kkt)條件，包括：

21、基于所述拉格朗日函數(shù)，導(dǎo)出公式4所示的所述kkt條件：

22、公式4。

23、可選地，與第i個終端設(shè)備通信連接的第j個可穿戴設(shè)備對應(yīng)的消息生命周期根據(jù)公式5計算得到：

24、公式5；

25、其中，表示消息生成時間，表示消息更新間隔，t表示當(dāng)前時間。

26、可選地，與第i個終端設(shè)備通信連接的第j個可穿戴設(shè)備對應(yīng)的任務(wù)醫(yī)療緊急性根據(jù)公式6計算得到：

27、公式6；

28、其中，表示指示函數(shù)，括號內(nèi)的表達式為真時的函數(shù)值為1，括號內(nèi)的表達式為假時的函數(shù)值為0；表示與第i個終端設(shè)備通信連接的第j個可穿戴設(shè)備對應(yīng)的任務(wù)醫(yī)療緊急性類別；c表示任務(wù)醫(yī)療緊急性的緊迫程度，且c=0,1,……, s， s表示任務(wù)醫(yī)療緊急性的最高緊迫程度；表示與第i個終端設(shè)備通信連接的第j個可穿戴設(shè)備所對應(yīng)的任務(wù)醫(yī)療緊急性的緊迫程度c的系數(shù)。

29、可選地，與第i個終端設(shè)備通信連接的第j個可穿戴設(shè)備對應(yīng)的用戶系統(tǒng)效用根據(jù)公式7計算得到：

30、公式7；

31、其中，表示第i個終端設(shè)備與其通信連接的第j個可穿戴設(shè)備之間的傳輸功率；表示與第i個終端設(shè)備通信連接的第j個可穿戴設(shè)備對應(yīng)的任務(wù)的大??；表示第i個終端設(shè)備與其通信連接的第j個可穿戴設(shè)備之間的信道增益；表示第i個終端設(shè)備與其通信連接的第n個可穿戴設(shè)備之間的傳輸功率；表示第i個終端設(shè)備與其通信連接的第n個可穿戴設(shè)備之間的信道增益；n表示序號且n的取值為1至m中不同于j的值；表示背景噪聲功率。

32、本公開的另一個方面，提供了一種帶寬分配裝置，應(yīng)用于健康監(jiān)測系統(tǒng)，所述健康監(jiān)測系統(tǒng)包括終端設(shè)備、與所述終端設(shè)備通信連接的若干可穿戴設(shè)備；

33、所述帶寬分配裝置包括：

34、第一構(gòu)建模塊，用于根據(jù)所述終端設(shè)備的電池運行時間系數(shù)、能耗系數(shù)以及各所述可穿戴設(shè)備對應(yīng)的任務(wù)醫(yī)療緊急性、消息生命周期、剩余電池容量，基于用戶系統(tǒng)效用，構(gòu)建帶寬分配的目標(biāo)效用函數(shù)及其對應(yīng)的約束條件；

35、第二構(gòu)建模塊，用于根據(jù)所述目標(biāo)效用函數(shù)及其對應(yīng)的約束條件，構(gòu)建拉格朗日函數(shù)；

36、導(dǎo)出模塊，用于基于所述拉格朗日函數(shù)，導(dǎo)出karush–kuhn–tucker(kkt)條件；

37、求解模塊，用于求解所述kkt條件，得到所述終端設(shè)備對應(yīng)的最優(yōu)帶寬分配方案；

38、分配模塊，用于根據(jù)所述最優(yōu)帶寬分配方案，將所述終端設(shè)備的信道帶寬分配給各所述可穿戴設(shè)備。

39、本公開的另一個方面，提供了一種電子設(shè)備，包括：

40、至少一個處理器；以及，

41、與至少一個處理器通信連接的存儲器；其中，

42、存儲器存儲有可被至少一個處理器執(zhí)行的指令，指令被至少一個處理器執(zhí)行，以使至少一個處理器能夠執(zhí)行前文記載的帶寬分配方法。

43、本公開的另一個方面，提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，存儲有計算機程序，計算機程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)前文記載的帶寬分配方法。

44、本公開相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，基于用戶系統(tǒng)效用，構(gòu)建了帶寬分配的目標(biāo)效用函數(shù)及其對應(yīng)的約束條件，該目標(biāo)效用函數(shù)包括了終端設(shè)備的電池運行時間系數(shù)、能耗系數(shù)以及各可穿戴設(shè)備對應(yīng)的任務(wù)醫(yī)療緊急性、消息生命周期、剩余電池容量等關(guān)鍵信息，之后，在目標(biāo)效用函數(shù)及其對應(yīng)的約束條件的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)建拉格朗日函數(shù)、導(dǎo)出kkt條件、求解kkt條件，得到了用戶個人成本最小的最優(yōu)帶寬分配方案，實現(xiàn)了將終端設(shè)備的信道帶寬按照最優(yōu)帶寬分配方案分配給各可穿戴設(shè)備，達到了低總體能耗、延長可穿戴設(shè)備待機時間、提高具有高醫(yī)療緊急性的信息的優(yōu)先級之間的最佳平衡。并且，通過優(yōu)化帶寬分配策略，本公開不僅能夠顯著降低終端設(shè)備及其連接的可穿戴設(shè)備的總能耗，延長設(shè)備待機時間，增強健康監(jiān)測系統(tǒng)的能源效率，還在帶寬分配時充分考慮了醫(yī)療數(shù)據(jù)的緊急性和重要性，使得具有較高醫(yī)療緊急性的任務(wù)可以被優(yōu)先處理，保證了關(guān)鍵醫(yī)療信息的及時傳輸，提高了醫(yī)療干預(yù)的時效性。本公開適用性廣泛，實用性強，不僅適用于多種醫(yī)療監(jiān)測場景如家庭健康監(jiān)測場景、遠程慢病管理場景等，能夠滿足不同用戶的個性化醫(yī)療需求，還能基于不同應(yīng)用場景的實際需求和特點，實現(xiàn)有針對性的帶寬分配。