[發明專利]一種在大規模云霧計算環境中制定最優任務卸載決策的方法

在審

• 申請號: 201910336787.1
• 申請日: 2019-04-25
• 公開（公告）號: CN110058934A
• 公開（公告）日: 2019-07-26
• 發明（設計）人: 徐九韻;郝壯遠;張超;李苗;孫姍
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G06F9/48
• 分類號: G06F9/48;G06F9/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的目的是提供一種在云霧計算環境中獲得最優任務卸載決策的方法，同時考慮時延與能耗使系統開銷降到最低。一種在云霧計算環境中獲得最優任務卸載決策的方法主要包括以下三個步驟：A.對系統進行數學建模；B.將問題公式化文混合整數規劃問題C.使用分支定界算法求解。本發明考慮了云節點與霧節點同時存在的場景，用于解決存在多個任務需要作出卸載決策的場景，綜合考慮了能耗與時延從而使得移動終端的開銷降到最低。

背景技術

隨著移動通信技術的發展和智能終端的普及，各種網絡服務和應用層出不窮，這對服務質量和通信延遲提出了新的要求。盡管移動設備的中央處理的處理能力越來越強大，但它仍然無法在短時間內處理計算密集型任務。此外，這些應用程序的本地處理還面臨另一個問題，即電池電量的快速消耗。特別是對那些需要實時響應的應用，如在線多人VR游戲。在傳統云計算架構中，云服務器在地理位置上一般集中于一個或者多個數據中心，這種架構會產生較大的傳輸延遲。這些問題嚴重影響了應用程序的效率和用戶體驗。為了解決了上述問題，業界提出了霧計算(也是被稱為邊緣計算)。簡而言之，移動邊緣計算是通過無線網絡將計算任務卸載到本地霧設備(如路由器，基站等具有一定計算能力的設備)而不是將計算任務發送到遠程的云服務器。提出邊緣計算的目的并是要完全的替代云計算，而是彌補它的某些不足之處。邊緣計算只將云計算到擴展到了網絡邊緣。總之，“霧”是更接近終端用戶的云服務。與傳統方法相比，邊緣計算可以顯著改善用戶體驗。當遇到那些移動設備無法處理或者處理的代價(時延與能耗)過大的任務時，可以將這些計算任務卸載到霧服務器上或是云服務器上，當計算完成后再將結果返回給移動端。在5G技術即將投入商用的今天，移動邊緣計算技術將最大限度的發揮出它的威力。它不僅能夠催生出新的移動應用，還能夠大大提高已有應用的質量。

在這樣的背景下，如何做出卸載決策變得至關重要。也就是說移動終端需要將哪些任務卸載到“云”上？哪些卸載到“霧”上？而哪些在本地處理的代價最小？不適當的卸載決策不僅不會減小開銷，反而會增大能耗和延時。本發明專利通過建立云霧計算架構的數學模型將其轉化為混合整數規劃問題再設計通過算法求解，現有的類似的技術只考慮了單有云服務器的場景，而本發明專利解決了云服務器與霧服務器同時存在的場景。

發明內容

本發明的目的是提供一種在云霧計算環境中獲得最優任務卸載決策的方法，同時考慮時延與能耗使系統開銷降到最低。一種在云霧計算環境中獲得最優任務卸載決策的方法主要包括以下三個步驟：

A.對系統進行數學建模：假設在一個小區中有n個任務需要卸載，在云霧計算的體系架構中，計算任務有三種執行方式，分別是本地執行，卸載到霧節點執行和卸載到云節點執行。我們用分別代表第n個任務三種情況下的能耗,用表示第n個任務三種情況寫的并且用分別表示第n個任務三種情況下實驗與能耗的加權和，以此表示所選擇的卸載決策的總開銷。本專利中符號的下標n統一表示第n個計算任務，下文不在特意指出。首先分別對這三種情況下的能耗和時延進行建模

(1)本地執行的開銷

(2)卸載到霧節點計算的開銷

當終端設備選擇將任務卸載到霧節點是時延由兩部分組成，分別是任務傳輸時延和霧節點處理時延(計算結果下載時延可忽略不計)。能耗也由兩部分組成，分別是任務傳輸能耗和終端設備空閑狀態能耗。

(3)卸載到云節點執行的開銷