[發(fā)明專利]基于移動邊緣計算的通信和計算資源聯(lián)合優(yōu)化方法

有效

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• 申請日: 2021-05-19
• 公開（公告）號: CN113286329B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發(fā)明（設計）人: 朱紅;田峰
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W28/10
• 分類號: H04W28/10;H04B17/391;H04W24/08;H04W28/16;H04W28/20
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

本發(fā)明公開了無線通信技術領域的一種基于移動邊緣計算的通信和計算資源聯(lián)合優(yōu)化方法，其包括：基于移動邊緣計算系統(tǒng)模型、任務排隊計算模型以及通信模型，制定進行任務卸載時最優(yōu)化系統(tǒng)功耗和吞吐量的優(yōu)化問題；將優(yōu)化問題分解為設備端到邊緣服務器的負載流量預測問題和基于系統(tǒng)功耗和吞吐量的邊緣計算聯(lián)合優(yōu)化通信資源和計算資源問題；以最優(yōu)化的系統(tǒng)功耗和吞吐量為目標，解決上述問題，從而完成資源分配任務。本發(fā)明能夠根據(jù)設備側與邊緣服務器層的流量負載預測、高效的資源分配調度策略，以最大程度地優(yōu)化功耗和吞吐量。

技術領域

本發(fā)明涉及一種基于移動邊緣計算的通信和計算資源聯(lián)合優(yōu)化方法，屬于無線通信技術領域。

背景技術

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術的不斷推進，設備終端上將運行著越來越多的數(shù)據(jù)密集型應用和時延敏感型應用。這些應用具備低時延、高帶寬的要求對于設備有限的資源提出了很大的挑戰(zhàn)，嚴重影響了用戶服務體驗質量。

為了滿足時延和帶寬需求，研究者提出了云計算和邊緣計算。云計算配備有大型數(shù)據(jù)中心，具有很高的計算能力，它可以接收并處理來自設備側的不同數(shù)據(jù)，但是傳統(tǒng)的云計算服務器通常和移動設備間隔很遠的距離，整個傳輸過程會導致巨大的傳輸時延壓力。邊緣計算在無線網(wǎng)絡邊緣擴展計算、帶寬、存儲等資源，以此為設備側提供強有效的計算能力、存儲能力、位置感知服務等，緩解傳輸通信網(wǎng)絡成本，然而邊緣計算服務器計算存儲資源有限，難以滿足大型任務的服務要求。

現(xiàn)有的移動邊緣計算資源分配研究中，大多數(shù)考慮的是多個邊緣服務器之間的協(xié)作，或是邊緣服務器和云服務器之間的協(xié)作，很少同時考慮邊緣節(jié)點和邊緣節(jié)點的合作以及邊緣節(jié)點和云之間的協(xié)作，共同為用戶提供服務。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供一種基于移動邊緣計算的通信和計算資源聯(lián)合優(yōu)化方法，考慮了設備側與邊緣服務器層的流量負載預測、高效的資源分配調度策略，以最大程度地優(yōu)化功耗和吞吐量。

為達到上述目的，本發(fā)明是采用下述技術方案實現(xiàn)的：

本發(fā)明提供了一種基于移動邊緣計算的通信和計算資源聯(lián)合優(yōu)化方法，包括以下步驟：

基于移動邊緣計算系統(tǒng)模型、任務排隊計算模型以及通信模型，制定進行任務卸載時最優(yōu)化系統(tǒng)功耗和吞吐量的優(yōu)化問題；

將優(yōu)化問題分解為設備端到邊緣服務器的負載流量預測問題和基于系統(tǒng)功耗和吞吐量的邊緣計算聯(lián)合優(yōu)化通信資源和計算資源問題；

以最優(yōu)化的系統(tǒng)功耗和吞吐量為目標，解決上述問題，從而完成資源分配任務；

其中，所述移動邊緣計算系統(tǒng)模型基于移動邊沿計算的任務調度和資源分配框架建立；

通過李雅普諾夫優(yōu)化方法將通信資源和計算資源問題分解為多個子問題并逐一進行解決；所述子問題包括基于FDMA的發(fā)射功率和帶寬優(yōu)化問題、邊緣服務器和云服務器計算資源優(yōu)化問題、邊緣服務器之間的任務遷移優(yōu)化問題。

優(yōu)選的，所述移動邊緣計算系統(tǒng)模型包括：

由終端資源請求者構成的用戶設備層，所述用戶設備層包括多個不同的物聯(lián)網(wǎng)傳感器設備；

由邊緣計算資源提供者構成的邊緣計算層，所述邊緣計算層包括邊緣服務器以及邊緣節(jié)點；其中，邊緣服務器中的虛擬處理單元可以自適應地開啟和關閉邊緣節(jié)點，邊緣節(jié)點分布在不同區(qū)域，可實時感知用戶設備層的終端設備請求，提供設備接入、數(shù)據(jù)處理服務，并且不同的邊緣節(jié)點之間可通過有線鏈路進行任務傳輸；

由集中式云服務器構成的中心云層，所述中心云層包括存儲容量大、計算能力強的服務器集群，用于為邊緣計算層提供大量的計算處理服務。

優(yōu)選的，所述通信模型包括：

邊緣服務器與云服務器直接采用無線鏈路通信方式OFDM進行任務傳輸；