[發明專利]一種面向任務協同場景的邊緣計算資源優化方法

有效

• 申請號: 201910396231.1
• 申請日: 2019-05-14
• 公開（公告）號: CN110266757B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: 付敬奇;張越;易慕白;曹一帆;沈仁亮
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: H04L67/1021
• 分類號: H04L67/1021;H04L67/1074;H04L67/12
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 陸聰明

本發明涉及一種面向任務協同場景的邊緣計算資源優化方法，該方法利用邊緣服務器獲取感知節點計算任務的信息，由邊緣服務器根據任務屬性對計算資源與通信資源進行優化，其步驟如下：（1）邊緣服務器根據系統相關信息獲得各感知節點的屬性；（2）依據感知節點的屬性確定感知節點是否進行邊緣計算；（3）構建邊緣計算時隙分配優先機制；（4）構建短時隙劃分機制，確定短時隙劃分的長度；（5）根據優先機制和短時隙劃分機制對時隙分配進行優化，確定短時隙的分配對象。本方法實現了對邊緣計算系統中計算資源與通信資源的聯合優化，降低了現場感知節點的總能耗，在感知節點電池電量有限的情況下，延長了感知節點的服役時間。

技術領域

本發明涉及了邊緣計算、通信等領域，特別是一種面向任務協同場景的邊緣計算系統中計算資源與通信資源的優化方法。

背景技術

隨著物聯網應用的飛速發展，以云計算模型為代表的集中式數據處理關鍵技術已不能高效、及時地處理物聯網感知節點產生的數據。針對這一問題，邊緣計算模型以“數據處理應更靠近數據源頭”為核心理念應運而生。通過在網絡邊緣部署邊緣計算服務器，可以為感知節點提供低時延的通信資源以及相對豐富的計算資源。

對于物聯網中的感知節點而言，由于尺寸、應用環境等眾多條件的約束，其電池壽命和計算能力等都受到了嚴重的限制。因此，將某些計算任務卸載到與感知節點物理距離較近的邊緣服務器上執行是一種可行而且有效的方案。通過邊緣計算，感知節點可以用將計算任務卸載到邊緣服務器的傳輸能耗與傳輸時間為代價，來換取本地計算能耗的降低與執行速度的增加。

一項物聯網服務的完成往往需要多個感知節點的數據進行協同計算，甚至存在一個感知節點需要另外一個感知節點的計算結果才能開始自己的計算任務的情況，這類物聯網服務歸屬于任務協同場景，任務協同場景提高了數據的耦合程度，大大增加了邊緣計算資源優化的難度。

由于邊緣環境的復雜性與感知節點的異構性，每個設備的計算能力、產生的數據量、計算復雜度等均不相同；感知節點的數據通常具有實時性以及物聯網服務本身具有的時限要求；感知節點與邊緣服務器之間的通信鏈路有帶寬限制及噪聲干擾；邊緣服務器的計算能力遠遠比不上云服務器的計算能力。因此需要對邊緣計算系統中有限的通信資源以及計算資源進行統籌優化。

對于邊緣計算系統中有限的通信資源以及計算資源的優化，是在物聯網服務本身具有的時限要求和各感知節點的數據之間具有的任務協同要求的約束下，以將邊緣計算系統中的感知節點的總能耗最小化為目標的優化問題。

發明內容

本發明的目的在于，針對多感知節點任務協同的邊緣計算資源優化這一復雜的混合整數規劃問題，提出一種面向任務協同場景的邊緣計算資源優化方法，通過對全部感知節點的計算任務進行分類、優先級排序及節能效率分析，實現了對邊緣計算系統中計算資源與通信資源的優化分配。

為了達到上述目的，在本發明中采用技術方案如下：

一種面向任務協同場景的邊緣計算系統資源優化方法，包括以下步驟：

(1)邊緣服務器根據系統相關信息獲得各感知節點計算任務的屬性；

(2)依據感知節點計算任務的屬性確定是否進行邊緣計算；

(3)構建邊緣計算時隙分配優先機制；

(4)構建短時隙劃分機制，確定短時隙劃分的長度；

(5)根據優先機制和短時隙劃分機制對時隙分配進行優化，確定短時隙的分配對象。

所述步驟(1)中計算任務的屬性，通過邊緣計算比本地計算節約的能耗來表征，其計算公式為：