[發(fā)明專利]無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)及資源分配方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110231507.8
• 申請(qǐng)日: 2021-03-02
• 公開（公告）號(hào): CN113326122A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 孫晨;高西奇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F9/50
• 分類號(hào): G06F9/50;G06F9/48
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于：它包括通過無(wú)線信道相互連接的多個(gè)主節(jié)點(diǎn)和多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)將復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)分解為多個(gè)可并行計(jì)算的子任務(wù)，向多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)分發(fā)子任務(wù)并收集計(jì)算結(jié)果，計(jì)算節(jié)點(diǎn)執(zhí)行計(jì)算任務(wù)并反饋計(jì)算結(jié)果；主節(jié)點(diǎn)包括計(jì)算任務(wù)拆分與結(jié)果合并模塊、計(jì)算節(jié)點(diǎn)調(diào)度模塊以及通信模塊，計(jì)算任務(wù)拆分與結(jié)果合并模塊將計(jì)算任務(wù)分解為多個(gè)可并行計(jì)算的子任務(wù)，將計(jì)算任務(wù)數(shù)據(jù)通過通信模塊傳輸?shù)礁鱾€(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)，并將各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果合并，獲得原計(jì)算任務(wù)的結(jié)果；

單個(gè)主節(jié)點(diǎn)可以同時(shí)與多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)通信，多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)同時(shí)執(zhí)行一個(gè)主節(jié)點(diǎn)的計(jì)算任務(wù)，而每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)在任意時(shí)刻僅執(zhí)行一個(gè)主節(jié)點(diǎn)的計(jì)算任務(wù)，在執(zhí)行計(jì)算任務(wù)過程中，計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間互不通信；

每個(gè)主節(jié)點(diǎn)調(diào)度模塊根據(jù)信道信息挑選為其執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，并將不同的計(jì)算子任務(wù)分配給不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)，通信模塊根據(jù)計(jì)算節(jié)點(diǎn)調(diào)度信息與挑選的計(jì)算節(jié)點(diǎn)通信，將計(jì)算任務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)送給對(duì)應(yīng)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，并接收計(jì)算節(jié)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)，傳輸?shù)接?jì)算任務(wù)拆分與結(jié)果合并模塊。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于：主節(jié)點(diǎn)包括計(jì)算任務(wù)拆分與結(jié)果合并模塊、計(jì)算節(jié)點(diǎn)調(diào)度模塊以及通信模塊；計(jì)算任務(wù)拆分與結(jié)果合并模塊將計(jì)算任務(wù)拆分為可以并行計(jì)算的子任務(wù)，并且將各子任務(wù)的計(jì)算結(jié)果合并為原計(jì)算任務(wù)的結(jié)果。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)，其特征在于：每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)包括相互連接的計(jì)算模塊、通信模塊、以及功率控制模塊；計(jì)算模塊用以執(zhí)行計(jì)算任務(wù)，通信模塊用以與主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無(wú)線通信，計(jì)算模塊與通信模塊相連接，通信模塊將接收到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算模塊進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算模塊將計(jì)算結(jié)果輸入到通信模塊，利用通信模塊發(fā)送給主節(jié)點(diǎn)，計(jì)算模塊和通信模塊都與功率控制模塊相連接，功率控制模塊根據(jù)計(jì)算模塊的計(jì)算能力以及信道信息，分配計(jì)算功率以及通信功率。

4.一種使用權(quán)利要求1所述的無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)的資源分配方法，其特征在于：具體包括計(jì)算節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法以及計(jì)算節(jié)點(diǎn)的功率分配方法；計(jì)算節(jié)點(diǎn)調(diào)度方法為主節(jié)點(diǎn)根據(jù)其與計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的信道信息，挑選部分計(jì)算節(jié)點(diǎn)，將計(jì)算任務(wù)分解為多個(gè)可并行計(jì)算的子任務(wù)，每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)執(zhí)行一個(gè)子任務(wù)，最大化無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)的通信速率；計(jì)算節(jié)點(diǎn)的功率分配方法為計(jì)算節(jié)點(diǎn)根據(jù)自身計(jì)算能力以及信道信息，在總功率受限的情況下，分配各自的計(jì)算功率以及通信功率，最大化計(jì)算速率。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的資源分配方法，其特征在于具體步驟如下：

1)所有空閑計(jì)算節(jié)點(diǎn)主動(dòng)廣播探測(cè)信號(hào)，用于供主節(jié)點(diǎn)獲取計(jì)算節(jié)點(diǎn)的信道信息；

2)主節(jié)點(diǎn)記錄并收集所有獲取的空閑計(jì)算節(jié)點(diǎn)的探測(cè)信號(hào)中的信道信息，將所有空閑計(jì)算節(jié)點(diǎn)信道信息以集合的方式記錄，并標(biāo)注各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)到主節(jié)點(diǎn)的信道信息；

3)主節(jié)點(diǎn)根據(jù)各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的信道信息，在考慮不同計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間通信干擾的情況下，挑選為自身執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，并估計(jì)無(wú)線通信的傳輸速率，挑選計(jì)算節(jié)點(diǎn)在功率有限情況下、盡可能降低計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間的干擾的同時(shí)最大化整個(gè)無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)的通信速率之和；

4)計(jì)算節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道信息與自身計(jì)算能力，分配計(jì)算功率和通信功率，利用計(jì)算功率執(zhí)行計(jì)算任務(wù)，并將計(jì)算結(jié)果傳輸?shù)街鞴?jié)點(diǎn)，其中各個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)執(zhí)行的計(jì)算任務(wù)并行執(zhí)行，計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間無(wú)需通信，每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)在計(jì)算結(jié)束后將結(jié)果反饋到主節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合并；

5)主節(jié)點(diǎn)收集所有計(jì)算節(jié)點(diǎn)的計(jì)算結(jié)果，合并獲得最終計(jì)算結(jié)果。