[发明专利]一种多用户移动边缘计算系统中最优化成本和时延方法有效

专利信息
申请号: 202011262098.X 申请日: 2020-11-12
公开(公告)号: CN112383931B 公开(公告)日: 2022-06-28
发明(设计)人: 易雨菡;张光林 申请(专利权)人: 东华大学
主分类号: H04W24/02 分类号: H04W24/02;H04W24/06
代理公司: 上海申汇专利代理有限公司 31001 代理人: 徐俊
地址: 201600 上*** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 一种 多用户 移动 边缘 计算 系统 优化 成本 方法
【说明书】:

发明提供了一种多用户移动边缘计算系统中最优化成本和时延方法,包括以下步骤:建立多用户的移动边缘计算系统模型;确定系统能源消耗总成本和时延的加权和为目标函数;将最优化成本和时延问题合理转化为联合优化问题,并使用强化学习算法进行处理,得到最优解,制定最佳的任务卸载策略。本发明能够有效地减少多用户移动边缘计算系统的能源消耗和时延。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域,特别是涉及一种多用户移动边缘计算系统中的能源消耗和时延的联合优化问题。

背景技术

移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)概念最初于2013年出现。在2014年,欧洲电信标准协会成立了MEC规范工作组,正式宣布推动MEC标准化。MEC的基本思想是把云计算平台从移动核心网络内部迁移到移动网络边缘,它可以减少移动业务交互时的时延,更好得提升用户体验。MEC将无线网络和互联网业务进行结合。移动设备通过将计算任务转移到MEC服务器,缓解移动边缘计算的压力,实现计算及存储资源的弹性利用。MEC是一项极具发展前景的技术。

在MEC系统中,需要考虑系统的能源消耗问题。能量收集技术具有远大的前景,可以实现绿色计算通信。能量收集装置可以从环境中获取例如风能、太阳能、水能、地热能等可再生能源。由于温室效应积累,全球气候变暖,资源浪费严重等现象,人类对环保的意识逐渐加强,风能、太阳能、水能等新绿色能源亟待利用。

除了系统的能源消耗问题,还需要考虑系统中的时延问题。MEC通过将任务卸载到移动网络边缘或者远程云服务器,减轻了MEC的压力,减少了系统的能源消耗,但任务从移动用户端卸载到MEC服务器端或者远程云服务器端,会产生时延。因此需要制定合理的卸载决策,联合优化计算成本和时延成本的同时,将电池的电能考虑在内。

发明内容

本发明的目的是:制定出最佳的卸载决策,减少系统的能源消耗成本和时延成本。

为了达到上述目的,本发明的技术方案是提供了一种多用户移动边缘计算系统中最优化成本和时延方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1、建立多用户的移动边缘计算系统模型,包含多个用户、一个MEC服务器、一个远程云服务器和一个给MEC服务器供电的电池及能量收集装置,包括以下步骤:

步骤101、假设系统在一个有限的可操作的时间范围T={1,...,T}内工作,系统所有的用户为N={1,...,N},每个用户在每个时刻有一个任务,定义Din(t,i)、Dout(t,i)分别表示在t时刻用户i任务的输入数据和输出数据的大小,定义Y(i)表示用户i任务的处理周期;每个任务在时隙的开始以随机的方式到达移动用户端;

步骤102、构建卸载决策模型:式中:

表示用户i在t时刻的卸载决策,表示了用户i在t时刻的任务放在本地处理,表示了用户i在t时刻的任务卸载到MEC服务器处理,表示了用户i在t时刻的任务卸载到云服务器处理;

卸载决策受限于:

步骤103、构建能耗模型:

如果用户i的任务在本地处理,本地处理的能量消耗为

如果用户i的任务被卸载到MEC服务器上,传输和处理产生的能量消耗为式中,分别为用户i通过无线将任务传输到MEC服务器的传输能量消耗和接收到MEC服务器处理好的任务的传输能量消耗,为任务在MEC服务器处理的使用成本,α表示在中传输成本和处理成本的相对权重;

如果用户i的任务被进一步卸载到云服务器上,传输和处理产生的能量消耗为式中,为任务卸载到云服务器处理的使用成本,β表示中传输成本和处理成本的相对权重;

步骤104、构建时延模型:

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