[發明專利]一種D2D-MEC系統計算能力最大化的任務卸載方法

有效

• 申請號: 202010864792.2
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112000481B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 孫一鵬;李峰;蘇聰聰;杜佩儒;劉杰民
• 申請（專利權）人: 東北大學秦皇島分校
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 石家莊知住優創知識產權代理事務所(普通合伙) 13131
• 代理人: 林艷艷

1.一種D2D-MEC系統計算能力最大化的任務卸載方法，所述D2D-MEC系統包括一個MEC服務器、多個本地設備和多個D2D設備，每個本地設備生成多個計算任務；其特征在于：所述方法為：

S1：構建系統模型，并建立任務分配模型，以確立每個本地設備上的每個計算任務的執行位置；

所述步驟S1中，所述系統模型為：

所述本地設備用集合K＝{1,2,...,k}表示，每個本地設備上的計算任務用集合M＝{1,2,...,m}表示，每個本地設備可以匹配的D2D設備用集合I_k＝{i₁,i₂,i₃,...,i_n}表示；每個D2D設備的剩余能耗集合為單個計算任務采用三維向量表示；

其中，b_m，k表示計算任務的大小，表示計算任務所需要的CPU周期數，表示計算任務的最大的計算容忍時間；

所述任務分配模型為：

所述D2D-MEC系統中，每個本地設備的每個計算任務執行分為三個位置，即本地設備、D2D設備或MEC服務器；采用參數π作為任務分配策略，以首先決策在哪里執行每個計算任務：

其中，π(m,k)＝0表示計算任務m執行失敗；π(m,k)＝1表示計算任務m計算成功；π(m,k)＝x_l,m,k表示計算任務m在本地設備中執行，π(m,k)＝x_D,m,k,i表示計算任務m通過D2D鏈路在D2D設備中執行，π(m,k)＝x_S,m,k表示計算任務m在MEC服務器中執行；

S2：構建本地計算模型、無線通道模型、D2D卸載模型和MEC服務器卸載模型，得到系統中每個計算任務的執行時延和能耗；

所述步驟S2中，所述本地計算模型為：

如果計算任務m在本地設備k中執行，則π(m,k)＝x_l,m,k，那么本地設備k在本地執行任務所花費的時間為：

式中，f_k表示本地設備k的計算資源；

此外，本地設備k處理執行任務所耗費的能耗為：

式中，ε為與器件芯片結構有關的有效電容參數；

所述D2D卸載模型和MEC服務器卸載模型中，采用正交頻分多址的方法進行信道訪問；所述無線通道模型包括D2D無線通道模型和MEC服務器無線通道模型：

(2-1)D2D無線通道模型

MEC服務器通過D2D鏈路在每個本地設備k和D2D設備之間分配額定帶寬B^D，對于每個本地設備k，數據速率為：

式中，為本地設備k與設備i之間D2D卸載的傳輸功率，H^D,k,i表示信道增益，表示本地設備k與設備i之間的傳輸距離，β表示路徑損失參數，N表示增益高斯白噪聲；

(2-2)MEC服務器無線通道模型

對于MEC服務器卸載模式，MEC服務器為本地設備k分配子帶寬和計算資源，然后本地設備k將其任務分配給MEC服務器，數據速率為：

式中，是本地設備k與服務器之間的上行傳輸功率，H^S,k表示著本地設備k與服務器間的信道增益，表示本地設備k與服務器間傳輸距離，B^S,k表示MEC服務分配給本地設備k的帶寬，并且帶寬B^S,k滿足條件：

式中，表示MEC服務器可用的總帶寬；

所述D2D卸載模型為：

對于不在本地設備中執行的任務，首先將其卸載到鄰近的D2D設備，每個D2D設備的執行時間為：

式中，f_i表示D2D設備i所能提供的計算資源；

D2D設備i所消耗的相應能耗：

本地設備k與D2D設備i之間的上行傳輸時延：

相應的傳輸能耗為：

將單個本地設備k及其匹配的D2D設備構成的新集合為：

Y_i,k＝{i₁,i₂,...,i_n,k}

其中每個D2D設備的計算資源構成的新集合為：

其中每個D2D設備的剩余能耗集合為：

對于卸載到D2D設備i上的計算任務滿足條件：

以上條件表示單個D2D設備執行到達任務的總體能耗不能超過該設備的剩余能量；

S3：建立求解系統最大計算能力的目標函數P1；

S4：將目標函數P1進行分解：首先求解單個本地設備匹配到的D2D設備上執行任務數量最大化P2問題，得到所有本地設備上的計算任務放置在D2D設備上的最大數量，同時針對這部分任務求得其任務卸載策略；其次對于D2D設備上執行不了的剩余任務，本地設備將這些任務卸載到MEC服務器中執行，解決目標P3，即求這部分執行的計算任務數量最多的策略集合。