[發明專利]一種緩存增強的任務卸載優化方法

在審

• 申請號: 202310457989.8
• 申請日: 2023-04-25
• 公開（公告）號: CN116489682A
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 吳大鵬;劉潔;張鴻;王汝言;張普寧;楊志剛
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 廖曦

本發明涉及一種緩存增強的任務卸載優化方法，屬于無線通信技術領域，考慮一個邊緣網絡中多用戶任務卸載的城市場景，基于用戶的移動性，首先對執行任務的能耗和時延進行建模；然后考慮區域內用戶可能會在不同的時刻重復請求相同任務的情況，引入邊緣緩存技術；根據基站間任務請求的相似度，聚集成社區，社區內基站共享信息；設計雙時間尺度，分別在長短期時隙內更新社區任務流行度和基站任務流行度；最后建立收益最大化模型，將優化問題轉化為01背包問題進行求解。本發明可以有效降低任務卸載時的時間與能耗成本，提升用戶體驗。

技術領域

本發明屬于無線通信技術領域，涉及一種緩存增強的任務卸載優化方法

背景技術

隨著移動網絡的快速發展，手機、可穿戴設備、車載終端等智能設備日益普及，移動設備的數量呈驚人增長勢頭。同時，新型應用程序快速發展，包括計算機視覺，語音控制，物體識別等。一系列新興的業務帶來了豐富體驗的同時也給網絡基礎設施帶來了巨大的壓力。然而，資源有限的移動設備無法滿足當前資源密集型應用的低延遲、高可靠等需求。

移動云計算(Mobile?Cloud?Computing,MCC)就是為了解決這一問題而提出的。通過將資源密集型任務轉移到強大的遠程云上，MCC可以延長移動設備電池壽命，支持復雜的計算，并提供潛在的無限存儲空間。雖然通過將資源密集型任務轉移到強大的遠程云上可以滿足用戶需求，但云與用戶之間的長距離傳輸可能會導致較高的延遲和抖動。這將嚴重影響用戶性能，且海量的任務上傳到核心網會造成網絡擁塞。

MEC作為一種可行的架構應運而生，其針對不同業務場景的需求，在靠近人、物或者數據源頭的網絡側提供服務。實現更安全、實時地響應不同業務需求，有效降低時延與能耗成本，緩解核心網的負載。此外，除了強大的算力，MEC服務器還具備緩存能力，可直接應用于在邊緣提供緩存服務。將大量用戶頻繁請求的熱門內容緩存到靠近用戶的一側，可以減少冗余數據的傳輸，提高用戶體驗并有效緩解回程鏈路的流量壓力。相比于云計算，MEC雖然可以彌補移動設備自身能力的不足。但是，它自身的存儲和計算資源依舊有限的，將緩存和計算資源相結合是一個可行的解決方案。考慮多維資源的結合，從而彌補單維資源的不足。任務卸載時為了避免重復傳輸相同的任務，可以利用邊緣緩存根據用戶請求的任務，動態的在服務器上部署熱門請求的任務。任務卸載的時延主要受到傳輸時延和計算時延的影響，當緩存命中時可以降低卸載的傳輸能耗與時延，從而進一步達到改善卸載成本的目的。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于針對邊緣網絡中時延敏感的移動用戶任務卸載問題，提出一種緩存增強的任務卸載優化方法，考慮任務卸載的能耗和時延，通過規劃合理的緩存策略達到改善任務卸載成本的目的。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種緩存增強的任務卸載優化方法，考慮一個邊緣網絡中多用戶任務卸載的城市場景，基于用戶的移動性，首先對執行任務的能耗和時延進行建模；然后考慮區域內用戶可能會在不同的時刻重復請求相同任務的情況，引入邊緣緩存技術；根據基站間任務請求的相似度，聚集成社區，社區內基站共享信息；設計雙時間尺度，分別在長短期時隙內更新社區任務流行度和基站任務流行度；最后建立收益最大化模型，將優化問題轉化為01背包問題進行求解。

進一步，該方法具體包括以下步驟：

S1：系統冷啟動：確定用戶的數量和移動速度、系統的總帶寬以及MEC服務器的計算資源以及緩存資源；

S2：構建系統模型：根據步驟S1的信息，建立移動設備層和邊緣層；所述邊緣層位于網絡邊緣靠近數據源側，由基站和移動邊緣計算(Mobile?Edge?Computing,MEC)服務器組成；

S3：確定卸載成本：根據步驟S2的信息，分別對任務卸載時的時延和能耗進行建模；構建卸載成本，引入邊緣緩存；

S4：根據任務相似度確定社區劃分：根據步驟S3信息，收集請求的任務信息；建立基站間相似度矩陣，基于Louvain算法進行社區類聚；