[發明專利]基于契約理論的任務卸載與資源分配優化方法及系統

有效

• 申請號: 202211264605.2
• 申請日: 2022-10-17
• 公開（公告）號: CN115334551B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 趙楠;杜威;任凡;王娟;胡勝;孔祥斌
• 申請（專利權）人: 湖北工業大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06;H04W28/08;G06N3/126
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 魯力

本發明涉及一種基于契約理論的任務卸載與資源分配優化方法及系統。首先建立基站和邊緣服務器的模型，針對任務卸載場景，計算基站和邊緣服務器的效用；然后構建基于契約理論的邊緣計算網絡任務卸載與資源分配聯合優化目標函數，最后通過數學方法和遺傳優化算法求解基于契約理論的邊緣計算網絡任務卸載與資源分配聯合優化目標函數，獲取最優的契約項。本發明提出的基于契約理論的激勵方法以實現任務卸載和資源分配，并保證基站效用的最大化。同時，本發明還首次引入計算激勵來平衡計算任務卸載和資源分配，可以實現實時高效的任務卸載和資源分配。

技術領域

本發明屬于無線協作通信技術領域，具體涉及一種基于契約理論的任務卸載與資源分配優化方法及系統。

背景技術

隨著移動終端，例如，手機、平板、智能車輛等在人們的生活當中越來越普及，用戶對數據的傳輸速率和服務質量的要求呈指數增長。雖然新型的終端設備在中央處理器方面越來越強大，但是這些終端設備也無法在短時間內處理大量的計算任務。目前，終端設備距離遠程控制中心較遠，高峰期間內基站過載嚴重，難以保障終端設備的服務質量和服務要求，云計算難以滿足大數據、實時性和可靠性的要求。

邊緣計算網絡作為新興的網絡范式，提供具有低延遲高帶寬的服務。其將有較強計算和存儲能力的計算節點鋪設在網路邊緣，這些散落在網絡邊緣的服務器可以給用戶提供高帶寬低延遲的服務，終端設備能夠以較低的時延來獲得大量的計算資源。

盡管邊緣計算有許多優勢，但是仍然面臨著許多問題。首先是在網絡中缺乏一種有效的激勵機制來促使邊緣服務器主動提供計算資源。由于處理計算任務會消耗自身能量，損失自身的計算資源，邊緣服務器在沒有足夠獎勵的情況下不愿意參與計算。此外，因為每個邊緣服務器的剩余計算資源量和位置等都是其私有信息，基站對此類信息是未知的，這被稱作信息非對稱場景，這給激勵機制的設計帶來了巨大的挑戰。其次，缺乏一個有效的任務卸載和計算資源分配策略。基站通過利用邊緣服務器的閑置計算資源將任務卸載到邊緣服務器，根據不同偏好的為任務選擇合適的邊緣服務器來最大化基站的效用。邊緣服務器共享計算資源意愿度的異構性和動態的網絡拓撲結構的限制使得問題更為復雜，因此，本文針對這兩個方面的挑戰進行了研究。

發明內容

為了應對邊緣計算網絡中信息非對稱問題，本發明的目的在于提出契約理論來實現實時高效的任務卸載和資源分配方法。

為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案是：基于契約理論的任務卸載與資源分配優化方法及系統，其特征在于，包括如下步驟：

一種基于契約理論的任務卸載與資源分配優化方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

建立基站和邊緣服務器的模型，針對任務卸載場景，計算基站和邊緣服務器的效用；

構建基于契約理論的邊緣計算網絡任務卸載與資源分配聯合優化目標函數，

通過數學方法和遺傳優化算法求解基于契約理論的邊緣計算網絡任務卸載與資源分配聯合優化目標函數，獲取最優的契約項。

在上述的基于契約理論的任務卸載與資源分配優化方法，所述邊緣計算網絡模型包括1個基站和個邊緣服務器，表示為；其中基站具有部分處理任務的能力并且負責協調通信和計算資源；邊緣服務器的類型定義如下：將其按照升序分為個類型，表示為，其中，根據先前邊緣服務器的性能表現，基站可以預測的概率表示為，并且滿足。

在上述的基于契約理論的任務卸載與資源分配優化方法，基站為類邊緣服務器設計項條款，每一項條款對應每個類型的邊緣服務器；邊緣服務器在類型值為的情況下簽約合同項目，其中表示基站卸載到類型的邊緣服務器的計算任務比例系數，表示類型為的邊緣服務器提供的計算資源比例系數，是基站支付給類型為的邊緣服務器相應的獎勵。

在上述的基于契約理論的任務卸載與資源分配優化方法，在項目條款下，類型為的邊緣服務器消耗的能量表示為，其期望效用表示為：

(1)