[發明專利]物聯網中基于移動邊緣計算的計算卸載方法

有效

• 申請號: 201910146350.1
• 申請日: 2019-02-27
• 公開（公告）號: CN109788069B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 吳明明;高玉蘭;肖悅
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04L12/24
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明屬于物聯網任務卸載技術領域，具體來說是物聯網中基于移動邊緣計算的計算卸載方法。本發明涉及物聯網(Internet?of?Things,IoT)、移動邊緣計算(Mobile Edge Computing,MEC)、模式選擇與節點匹配、動態優化等理論框架。本發明的技術方案考慮本地卸載、直接云端卸載、設備端卸載、設備中繼轉發卸載四種計算卸載模式，并增加考慮設備間的社會關系對卸載服務水平的影響以及系統長期動態性能，構建時延和能耗相關的系統長期收益函數，通過模式選擇和節點匹配得到物聯網中基于邊緣計算的計算卸載方案。本發明的有益效果是在時延和能耗性能上達到更好的平衡，且系統的可靠性和穩定性得到提升。

技術領域

本發明屬于物聯網任務卸載技術領域，具體來說是物聯網中基于移動邊緣計算的計算卸載方法。本發明涉及物聯網(Internet-of-Things,IoT)、移動邊緣計算(MobileEdge Computing,MEC)、模式選擇與節點匹配、動態優化等理論框架。

背景技術

物聯網(IoT)是一種基于互聯網允許所有設備間互連互通來實現信息交互、環境感知、實時共享等功能的先進智能網絡架構，得益于高速實時的移動設備及設備間無縫連接技術的出現，IoT得到廣泛關注和快速發展，成為未來移動通信網絡的前景技術之一。然而，隨著各種智能設備及復雜應用的增長，用戶和設備對數據傳輸速率、實時可靠等性能需求提升，如何滿足低時延、高可靠的通信需求成為IoT面臨的主要挑戰，特別地，由于大多數移動設備是資源受限的，如計算功率、存儲空間、電池容量等，這為IoT通信提出更高的要求。針對上述問題，一種可能的解決方案是利用“云計算”技術，即將移動設備的復雜計算任務通過無線鏈路首先轉發給基站，基站再通過光纖將任務卸載至云端服務器，云端完成計算后將計算結果通過回程鏈路反饋給設備，如此方案雖然理論上可降低設備本地計算負載，但是由于頻譜資源受限、回程鏈路距離較長、信道質量較差等因素會導致時延過大、高網絡負載等問題，降低用戶體驗及網絡性能。

移動邊緣計算(MEC)作為傳統“云計算”方案的拓展與延伸，將多個云端服務器接口(AP)分布到網絡邊緣，使得設備與云端的通信距離縮短，降低傳播時延，且分布式的云端服務器可提供高的帶寬利用率，緩解網絡擁塞，提升通信可靠性。目前，關于MEC的研究大多考慮兩種計算卸載模式：本地卸載和直接卸載至邊緣云端服務器，若邊緣云端服務器的接入設備過多或者設備離邊緣服務器距離過大，僅使用上述兩種模式無法滿足低時延要求。

發明內容

針對上述問題，本發明增加設備端卸載模式及設備中繼轉發卸載模式，即基于D2D鏈路技術將計算任務卸載至臨近計算資源充足設備或通過臨近設備中繼轉發至邊緣云端服務器進行計算卸載，這產生模式選擇問題。設備端卸載模式與設備中繼轉發模式均會涉及節點匹配問題，考慮到設備間的相互關系對節點匹配的影響，增加社會關系來調節轉發功率大小、計算資源分配等優化變量。此外，考慮到設備的移動性與系統長期性能，本發明引入時間相關的長期系統優化目標，構成動態優化問題，通過相關算法分析求解，實現IoT計算卸載性能的提升。

本發明基于移動邊緣計算，在物聯網OFDM上行鏈路場景下，考慮多種計算卸載模式，并綜合物理層和社會層影響，將用戶間的社會關系作為調節臨近設備服務水平的權重因子，將平均時延和能耗參數賦權相加作為系統優化目標，增加幀平均最大時延約束，通過模式選擇與節點匹配提升IoT系統性能。相比于傳統的MEC方案，本發明在系統時延和設備能耗間達到更好的平衡，且提升系統的可靠性和穩定性。