[发明专利]一种可靠性增强的移动边缘计算任务卸载方法

说明书

本发明提出了一种可靠性增强的移动边缘计算任务卸载方法，其步骤为：首先，构建移动边缘计算系统模型，将物联网设备接入移动边缘计算系统模型产生物联网应用；其次，根据物联网应用的多个协作任务分别构建物联网应用的有向无环图；然后构建带宽消耗模型和可靠性模型；再利用可靠性增强的任务卸载方法将物联网应用的多个协作任务与边缘云相匹配；最后，利用带宽消耗模型和可靠性模型计算物联网应用的可靠性水平、带宽消耗和总完成时间。本发明建立了带宽消耗模型和基于泊松过程的可靠性模型，提出了一种时间复杂度较低的近似最优的方法，能够有效地生成边缘云上的协作任务卸载方案，并通过模拟实验证明了本发明方法的有效性。

技术领域

本发明涉及软件工程领域和无线通信技术领域，特别是指一种可靠性增强的移动边缘计算任务卸载方法。

背景技术

随着软硬件技术的快速发展，可穿戴设备、树莓派、智能手机等物联网设备的数量急剧增加，在现代数字社会中无处不在。据预测，到2022年，将有约290亿个物联网设备连接到互联网上。随后，这些物联网设备产生大量对延迟敏感的物联网应用，这些应用具有严格的延迟要求(例如，在10ms甚至1ms的时间尺度上的实时响应)，并需要大量处理和带宽资源。然而，由于这些物联网设备的处理能力、带宽和存储空间等资源有限，一些复杂的物联网应用(如人脸识别、增强现实、自动驾驶)无法在这些基础上有效处理。

为了缓解这些物联网设备的资源容量限制，一些对延迟敏感的物联网应用通常被分割成多个协作任务，并转移到边缘云上，由容器或虚拟机处理。如果这些容器或虚拟机不在相同的边缘服务器上，这些协作任务之间的通信将消耗一定的带宽和通信时间。同时，考虑到这些容器或虚拟机拥有不同的故障率和恢复率，容器或虚拟机处理每个任务的总时间不仅包括处理时间，还包括故障后的恢复时间。由于延迟敏感的物联网应用通常有一个截止时间，超过这个截止时间的应用完成时间会降低用户的QoS水平。此外，物联网应用的可靠性水平也随之降低。因此，为了减少边缘云的带宽消耗，提高物联网应用的可靠性水平，如何获得具有带宽约束和可靠性增强的任务卸载方案成为最重要的挑战。

在处理协作任务时，容器或虚拟机消耗一定的带宽来从发送任务传输数据。由于边缘云经常通过光纤回程网络全拓扑互连，协作任务之间的带宽主要受到边缘服务器的带宽限制。也就是说，当一对协作任务之间的带宽增加时，虽然它们的通信时间减少了，但是其他协作任务的带宽和通信时间可能分别减少和增加。此外，容器或虚拟机故障可能会延长应用完成时间，包括通信时间、任务处理时间和恢复时间，从而降低物联网应用的可靠性水平。因此，在处理一批物联网应用时，存在着可靠性水平与带宽消耗之间的矛盾，如何很好地解决这一矛盾仍是一个未知数。

发明内容

针对现有物联网应用的多目标优化方法存在着可靠性水平与带宽消耗之间的矛盾，无法同时满足物联网应用的可靠性最大化和带宽消耗最小化的技术问题，本发明提出了一种可靠性增强的移动边缘计算任务卸载方法，通过将物联网应用按照截止时间的升序排序，分析它们的有向无环图，有效地生成边缘云上的协作任务卸载方案，满足了物联网应用的可靠性最大化和带宽消耗最小化的要求。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种可靠性增强的移动边缘计算任务卸载方法，其步骤如下：

步骤一：基于边缘云构建移动边缘计算系统模型，将物联网设备接入移动边缘计算系统模型产生物联网应用，其中，物联网应用包括多个协作任务；

步骤二：根据物联网应用的多个协作任务分别构建物联网应用的有向无环图；

步骤三：针对移动边缘计算系统模型分别构建带宽消耗模型和可靠性模型；

步骤四：根据物联网应用的有向无环图利用可靠性增强的任务卸载方法将物联网应用的多个协作任务与边缘云相匹配；

步骤五：根据协作任务与边缘云的匹配关系，利用带宽消耗模型和可靠性模型计算物联网应用的可靠性水平、带宽消耗和总完成时间。