[發(fā)明專利]一種單邊緣計(jì)算服務(wù)器與多用戶協(xié)同的計(jì)算卸載與資源分配方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911272246.3
• 申請(qǐng)日: 2019-12-12
• 公開（公告）號(hào): CN110996393B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 覃振權(quán);邱雪巖;盧炳先;王雷;朱明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F9/445
• 分類號(hào): G06F9/445;H04W72/04;H04L41/14
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠(yuǎn)

本發(fā)明提出一種單邊緣計(jì)算服務(wù)器與多用戶協(xié)同的計(jì)算卸載與資源分配方法，首先對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的用戶設(shè)備、邊緣服務(wù)器的計(jì)算資源和計(jì)算任務(wù)等進(jìn)行數(shù)學(xué)建模；其次，對(duì)任務(wù)成本構(gòu)成，任務(wù)在用戶設(shè)備和邊緣服務(wù)器上的執(zhí)行成本進(jìn)行建模并將問題建模為優(yōu)化問題；之后，將問題分割為兩個(gè)子問題，用導(dǎo)數(shù)和函數(shù)單調(diào)性解出使任務(wù)本地執(zhí)行成本最小的資源分配方法，使用遺傳算法解出任務(wù)在邊緣服務(wù)器執(zhí)行成本最小的資源分配方法；最后，對(duì)于解出的邊緣服務(wù)器資源分配方法，使用時(shí)間能量約束和與本地執(zhí)行成本對(duì)比兩種方法進(jìn)行篩選，并迭代計(jì)算以獲得卸載策略。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)計(jì)算任務(wù)的執(zhí)行成本最小化，提高用戶的服務(wù)質(zhì)量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于無線通信技術(shù)和移動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種單邊緣計(jì)算服務(wù)器與多用戶協(xié)同的計(jì)算卸載與資源分配方法。

背景技術(shù)

隨著移動(dòng)設(shè)備多年來的爆炸式增長(zhǎng)，越來越多的移動(dòng)應(yīng)用成為了我們?nèi)粘Ｉ畹闹匾M成部分。廣泛使用的云計(jì)算和技術(shù)為移動(dòng)應(yīng)用提供了集中的服務(wù)支持。但是，服務(wù)的集中化意味著最終用戶和服務(wù)托管云之間的距離很長(zhǎng)，這不可避免地增加了平均端到端延遲。特別是對(duì)于延遲敏感應(yīng)用，現(xiàn)有的云計(jì)算范例無法滿足嚴(yán)格的及時(shí)性要求，用戶對(duì)數(shù)據(jù)速率和服務(wù)質(zhì)量(QoS)的要求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。此外，移動(dòng)設(shè)備在中央處理單元(CPU)方面越來越強(qiáng)大，但即使這些設(shè)備也可能無法在短時(shí)間內(nèi)處理需要大量處理的應(yīng)用程序。而且，高電池消耗仍然構(gòu)成嚴(yán)重的障礙，限制用戶在他們自己的設(shè)備上充分享受高要求的應(yīng)用。為了滿足這種延遲敏感應(yīng)用的要求，同時(shí)滿足移動(dòng)設(shè)備的有限能量的約束，新范例移動(dòng)邊緣計(jì)算(MEC)被提出，作為增強(qiáng)集中式云處理能力的擴(kuò)展。為了解決長(zhǎng)等待時(shí)間的問題，MEC將核心網(wǎng)絡(luò)中的存儲(chǔ)和計(jì)算資源部署到用戶設(shè)備附近，即，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的邊緣。與集中式的云服務(wù)相比，MEC可以提供顯著更低的延遲和抖動(dòng)。邊緣服務(wù)器通過接收應(yīng)用程序卸載的耗能計(jì)算，向用戶提供更高的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力等方式，降低了移動(dòng)設(shè)備的能量消耗，提高了電池壽命。然而，相比于完全集中的方法，邊緣計(jì)算應(yīng)該以完全分布的方式部署。考慮到經(jīng)濟(jì)性和可擴(kuò)展性的影響，邊緣計(jì)算僅提供有限的計(jì)算和存儲(chǔ)資源。

從用戶的角度來看，關(guān)于MEC的關(guān)鍵是計(jì)算卸載。MEC計(jì)算卸載技術(shù)是指受資源約束的設(shè)備完全或部分地將計(jì)算密集型任務(wù)卸載到資源充足的云環(huán)境中，主要解決了移動(dòng)設(shè)備在資源存儲(chǔ)、計(jì)算性能以及能效等方面存在的不足，同時(shí)減輕了核心網(wǎng)的壓力，降低了傳輸帶來的時(shí)延。計(jì)算卸載作為MEC的關(guān)鍵技術(shù)，主要解決卸載決策和資源分配兩個(gè)問題，其中，卸載決策研究的是用戶終端要不要卸載、卸載多少和卸載什么的問題，資源分配則是研究如何將有限的資源分配給各用戶或者各任務(wù)以取得更好的效果的問題。

計(jì)算卸載和資源分配有積極的應(yīng)用價(jià)值，國內(nèi)外研究人員對(duì)傳感網(wǎng)絡(luò)的信任機(jī)制已經(jīng)有許多研究，相關(guān)的文獻(xiàn)如下：

2015年，等人在文獻(xiàn)《Optimization?of?radio?and?computationalresources?for?energy?efficiency?in?latency-constrained?appli-cationoffloading》提出了部分卸載決策的能耗和執(zhí)行時(shí)延之間的權(quán)衡分析。卸載的過程中考慮要處理的總數(shù)據(jù)量、UE和MEC的計(jì)算能力，在UE和SCeNB(UE和MEC連接的中間基站)之間的信道狀態(tài)以及UE的能耗。作者提出了一個(gè)動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制，允許用戶根據(jù)任務(wù)的計(jì)算隊(duì)列和無線信道狀態(tài)進(jìn)行卸載決策。通過凸優(yōu)化方法解決該優(yōu)化問題。仿真結(jié)果表明，UE的能耗隨總執(zhí)行時(shí)間的增加而減少。此外，如果通信信道質(zhì)量很差，耗費(fèi)大量能源來卸載任務(wù)是得不償失的，在這種情況下優(yōu)先選擇本地處理。如果信道質(zhì)量良好，則卸載一部分到MEC能獲得較小的能耗和延時(shí)。如果信道質(zhì)量高，且MEC的計(jì)算存儲(chǔ)資源充足的情況下可以進(jìn)行全部卸載。