[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(kāi)（公告）號(hào): CN113326122A
• 公開(kāi)（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

本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)及資源分配方法，適用于移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域。系統(tǒng)包括多個(gè)主節(jié)點(diǎn)以及計(jì)算節(jié)點(diǎn)，主節(jié)點(diǎn)分發(fā)計(jì)算任務(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)與計(jì)算節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)無(wú)線信道連接；資源分配方法包括計(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；主節(jié)點(diǎn)根據(jù)各計(jì)算節(jié)點(diǎn)的信道信息，挑選為其執(zhí)行計(jì)算任務(wù)的計(jì)算節(jié)點(diǎn)；計(jì)算節(jié)點(diǎn)根據(jù)信道信息及其計(jì)算能力，分配計(jì)算功率以及通信功率，最大化系統(tǒng)的計(jì)算速率。本發(fā)明利用大量小型設(shè)備完成數(shù)據(jù)收集和聯(lián)合處理工作，避免對(duì)大量專用計(jì)算硬件的需求；資源分配方法可以有效利用受限的功率，實(shí)現(xiàn)計(jì)算能力的最大化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無(wú)線通信技術(shù)，尤其涉及一種無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)中資源分配方法，屬于移動(dòng)通信技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

群計(jì)算在分布式傳感器和分布式計(jì)算平臺(tái)引起了廣泛的關(guān)注，其利用大量無(wú)線設(shè)備完成數(shù)據(jù)收集和聯(lián)合處理工作，從而避免系統(tǒng)對(duì)大量專用計(jì)算硬件的需求。利用計(jì)算任務(wù)的可拆分性，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)，通過(guò)無(wú)線通信的方式分發(fā)到不同的計(jì)算節(jié)點(diǎn)，每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)完成一個(gè)子計(jì)算任務(wù)，再將計(jì)算結(jié)果傳輸?shù)街鞴?jié)點(diǎn)進(jìn)行合并，構(gòu)成了無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)。

在無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)中，每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)只是一個(gè)普通的移動(dòng)終端，例如手持設(shè)備、筆記本電腦等，其CPU計(jì)算能力以及供電(如電池)都較為有限。因而，如何合理分配計(jì)算節(jié)點(diǎn)以及每個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)如何有效分配其功率將影響整個(gè)無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)的總計(jì)算能力。盡管有研究關(guān)注無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)中的通信方面，少有工作同時(shí)考慮通信和計(jì)算的能耗問(wèn)題。另外，在考慮通信傳輸速率方面，大部分工作僅利用香農(nóng)公式計(jì)算單鏈路傳輸速率，并沒(méi)有考慮多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)同時(shí)通信，相互干擾的影響。用戶間干擾將會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的通信速率，增加通信功率開(kāi)銷，降低整個(gè)無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)的計(jì)算能力。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：針對(duì)上述技術(shù)的不足之處，提供一種無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)及其資源分配方法，充分利用有限功率資源，盡可能實(shí)現(xiàn)更高的計(jì)算速率與通信速率，最大程度完成計(jì)算任務(wù)。

技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的無(wú)線分布式計(jì)算系統(tǒng)，包括通過(guò)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(guò)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(guò)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。

進(jìn)一步，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。

進(jìn)一步，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。