[发明专利]一种海上MEC负载均衡和资源分配联合优化的计算迁移方法

权利要求书

1.一种海上MEC负载均衡和资源分配联合优化的计算迁移方法，其特征在于：

所述的两阶段计算迁移方法中，模型构建的海事网络组成主要包括3个部分，第一部分为核心云网络层，包含大量为用户提供服务的高性能云端服务器；第二部分为边缘服务器层，按照相对距离对所有边缘服务器进行区域划分，每个区域中由无人机，飞艇，海上游标和陆地基站组成，它们都拥有性能适中且异构的服务器；第三部分为终端设备层，每个区域中由游艇，轮船，航母等组成，它们拥有一定处理能力的设备，或者根据任务的性质对当前的计算任务做出卸载决策；

在两阶段计算迁移方法中，将任务卸载分为两阶段，第一阶段为卸载决策，计算任务根据自身属性及服务器负载等进行决策；第二阶段为资源分配，标记满足任务需求的服务器，转化为二分图的多重匹配问题，通过基于Gale-Shapley algorithm思想的多重最大匹配算法求解，均衡边缘网络负载；

在两阶段计算迁移方法中，以任务执行时延为约束，综合评估信道资源和计算成本，合理分配信道，减少信道资源的浪费，保证计算卸载时网络的通信质量和效率；

所述一种海上MEC负载均衡和资源分配联合优化的计算迁移方法，包括如下步骤：

1)终端节点产生计算任务并将任务属性记录至临时数组中；

2)将每个计算任务根据自身属性依次遍历所有服务器，保存计算任务在每个服务器下所产生的能耗和任务执行时延至临时数组中；

3)以任务执行时延为约束，判断计算任务是否需要进行卸载并且记录每个计算任务可卸载的服务器和所需能耗；

4)根据服务器的初始计算费用、单位计算费用、当前计算能力、处理的任务数，构建服务器动态价格模型；根据计算任务在每个服务器下所产生的能耗和任务执行时延，构建计算任务综合评价模型；

5)将选择卸载的计算任务在可选的服务器中寻找最优匹配转换成二分图的多重匹配问题进行求解，根据图论中Gale-Shapley算法思想结合数组中临时保存的计算任务能耗、时延和服务器当前价格，最终得到最优匹配。

2.根据权利要求1所述的一种海上MEC负载均衡和资源分配联合优化的计算迁移方法，其特征在于，步骤4)中，所述服务器根据其初始计算费用、单位计算费用、当前计算能力、处理的任务数，构建服务器动态价格模型；计算任务根据在每个服务器下所产生的能耗和任务执行时延，构建计算任务综合评价模型，具体包括如下步骤：

4-1)设置服务器初始价格Cost₀和单位计算资源的价格Price_j；

4-2)构建服务器动态价格模型，判定当前服务器是否处于高负载或闲置状态：

海洋中边缘服务器计算资源部署易出现“长尾分布”，能力强的服务器执行任务频繁，能力弱的服务器处于闲置，影响网络的稳定性，构建服务器动态价格模型为：

其中，Cost₀为服务器的初始费用；Price_j为服务器单位计算资源的价格；Ratio_j为当前服务器使用计算资源的比率；Surplus_j为当前服务器剩余的计算资源；为当前服务器总的计算资源；M_i为计算任务的任务量；N为服务器处理的任务集合；

4-3)根据计算任务在每个服务器下所产生的能耗和任务执行时延，构建计算任务综合评价模型为：

s.t.C1:α_ij∈{0,1},λ+μ＝1

C2:P_i≤P_i,max

C3:

C4:

C5:

C6:

其中，C1为卸载决定，α_ij是一个二元变量；C2为终端发送功率的约束；C3为终端最大时延要求；C4为终端和服务器算力的约束；C5为终端只能选择一个服务器发送任务的约束；C6为服务器最大同时在线处理任务的个数；T_i^*j，分别表示归一化处理后的时延和能耗。

3.根据权利要求1所述的一种海上MEC负载均衡和资源分配联合优化的计算迁移方法，其特征在于，步骤5)中，将选择卸载的计算任务在可选的服务器中寻找最优匹配转换成二分图的多重匹配问题进行求解，根据图论中Gale-Shapley算法思想结合数组中临时保存的计算任务能耗、时延和服务器当前价格，最终得到最优匹配；具体包括步骤如下：

5-1)对计算任务及其可选边依次进行遍历，若一个任务只有一条可选边与服务器相连，就将该任务与该服务器进行匹配，根据公式(1)计算并更新服务器当前费用；

5-2)改进依次顺序选点的思想，依次按照连接度从少到多的对任务节点进行匹配，并且利用近似算法中贪婪算法的思想，选择费用最少的边作为当前匹配，同时根据公式(1)计算并更新服务器当前费用，将其保存至临时数组中；

5-3)对剩余节点进行匹配，选择费用最少的边作为当前匹配，若所选服务器接收的任务数已达到阈值，产生冲突需要进行协调，在该服务器匹配的任务中保留连接度为1的任务，在剩余任务中取消花费最大的匹配，让计算任务取消该条可选边并尝试重新匹配；若还会产生冲突，则执行步骤5-1)至步骤5-2)依次递归，当任务可选边均不满足匹配，则放弃该任务，判定任务处理失败。