一种优化时延与能效的移动终端计算迁移方法技术

本发明专利技术公开了一种优化时延与能效的移动终端计算迁移方法，该方法面向LTE应用，首先建立无线终端的计算迁移模型；在此基础上，构造迁移代价函数；最后，以减小时延与减小能耗为约束条件，通过分析应用程序的需求、移动终端计算能力及无线信道速率，合理实施计算迁移，达到综合优化移动终端运行时延与能耗的目标。本发明专利技术能够综合优化移动终端的计算能力与电池的续航能力，将适合计算迁移的组件通过无线信道传送到云端的远程服务器，利用远程服务器强大的计算能力，扩展移动终端的资源，提升移动终端的综合处理能力，减少本地的计算时延与能源消耗；仿真结果表明，本发明专利技术方法能够显著减小时延并提高能效。

A mobile computing migration method for optimizing delay and energy efficiency

The invention discloses a mobile terminal computing migration method which optimizes the time delay and energy efficiency. This method is oriented to the LTE application. First, the computing migration model of the wireless terminal is established. On this basis, the migration cost function is constructed. Finally, the requirement and the migration of the application program are analyzed by reducing the hour delay and reducing the energy consumption. Computing capacity and wireless channel rate of mobile terminals, and reasonable implementation of computing migration, achieve the goal of comprehensive optimization of mobile terminal runtime delay and energy consumption. The invention can optimize the computing power of the mobile terminal and the battery endurance, and transmit the mobile components to the remote server through the wireless channel, use the powerful computing power of the remote server, expand the resources of the mobile terminal, improve the integrated processing capability of the mobile terminal, and reduce the local capacity. The simulation results show that the method can significantly reduce the delay and improve energy efficiency.

【技术实现步骤摘要】
一种优化时延与能效的移动终端计算迁移方法
本专利技术属于通信领域，涉及资源受限的移动终端计算迁移技术，具体涉及一种优化时延与能效的移动终端计算迁移方法，可用于在LTE应用环境下移动终端运行时延与能耗的优化。
技术介绍
随着移动互联网的发展，智能移动终端的使用数量迅速增加。当前的移动终端配备了丰富的传感器和更高的屏幕分辨率，并能以更快的速率传输数据。移动应用程序的成熟度从执行基本计算的应用程序发展到3D游戏、高清视频流服务、图像处理、语音识别和增强现实应用程序。然而，由于尺寸和重量的约束，移动终端在计算能力、存储能力、电池续航能力等方面受到限制，这些都可能阻碍移动终端发展成为媒体消费设备。为了提升移动终端的续航能力、保证实时应用低延迟的要求，计算迁移技术日益引人关注。计算迁移是指移动终端将本地执行的任务通过无线信道传送到云端的远程服务器，利用远程服务器强大的计算能力，扩展移动终端的资源，为移动终端提供高效的计算服务。移动终端的计算迁移首先要通过上行信道上传迁移数据，然后等待远程计算结果、最后在下行信道接收远程服务器返回的计算结果。这要求终端必须保持与远程服务器通信的数据连接，因此会消耗宝贵的电量。为了理解计算迁移的全部收益，应在确保减小应用程序计算时延的同时，充分考虑无线通信所带来的能耗增加与避免本地计算所节省的能量之间的折衷。在无线可变信道条件下，如何在任务的计算量、时延敏感性、能源消耗、无线信道带宽等诸多要素条件下决策计算实施迁移，以及具体迁移哪些数据，这具有很大挑战性。近年来，有关学者提出了几种用于解决移动终端的资源可用性和可持续性问题的迁移机制。例如，在间歇性可用的云服务器条件下，采用基于马尔可夫决策过程MDP(MarkovDecisionProcess，MDP)方法辅助决策的能效的动态计算迁移方法；基于李雅普诺夫优化方法进行在线传输决策，目标是减小移动终端的能量消耗；采用合作博弈和非合作博弈的方法，解决分布式计算迁移问题；简单通用的“强制”计算迁移方法，等等。尽管在当前已有的方法已经在克服移动终端的能耗、提升移动终端的处理能力方面取得进展，但是毫无疑问，目前的研究方案在灵活控制实施计算迁移组件、综合考虑移动终端的能效与应用程序的时延敏感性、以及无线信道带宽的可变性等方面尚有明显不足。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术中存在的问题，提出一种综合优化时延与能效的移动终端计算迁移方法及系统，在综合考虑任务计算量、时延敏感性、能源消耗、无线信道带宽等诸多要素条件下，决策计算实施迁移，以减少移动终端运行任务所需的时间，延长移动终端的电池寿命，提高计算性能，达到合理实施计算迁移的目的。为了实现上述任务，本专利技术采用以下技术方案：一种综合优化时延与能效的移动终端迁移方法，包括以下步骤：步骤一，对于移动终端的应用程序，将应用程序的代码分解成多个计算组件，根据计算组件之间的关联，获取每个计算组件以及与该计算组件相关的关联计算组件的参数；步骤二，构建用于评判所述计算组件迁移代价的迁移代价函数，并根据所述的迁移代价函数构造目标函数；步骤三，对于每一个计算组件，获取减小计算时延的计算迁移条件以及提高能效的计算迁移条件；步骤四，将减小移动终端的运行时延、提高能效转化为多约束条件的最优化问题并求解，根据求解结果实施迁移决策；步骤五，应用程序将移动终端的本地计算产生的结果以及远程服务器的计算结果合成为应用程序的输出结果。进一步地，获取每个计算组件以及与该计算组件相关的关联计算组件的属性，包括：(1)获取计算组件的代码规模大小设移动终端的应用程序的代码分解成n个计算组件，表示为M1,M2,…,Mn，对于一个具体计算组件Mi，获取Mi的代码大小为Codei，i∈[1,n]；(2)获取关联计算组件的传输代码规模大小、发送代码规模大小、接收代码规模的大小记计算迁移过程中共有k个关联计算组件，k∈[1,2,…n]，迁移任何一个计算组件i需要上述k个关联计算组件中的0-k个支持；设所述k个关联计算组件的传输代码规模大小分别为：tr1,tr2,…,trk；发送代码规模大小分别为：Send1,Send2,…,Sendk，接收代码规模大小分别为Rec1,Rec2,…,Reck。进一步地，步骤二中所述的代价函数表示为：上式中，向量(x1,x2,…,xn)表示计算组件的标记矢量，其中xi＝0表示计算组件Mi在本地执行，xi＝1表示计算组件Mi在远程服务器上执行。进一步地，步骤二中所述的目标函数表示为：进一步地，步骤三中所述的减小计算时延的计算迁移条件的获取方法包括：步骤3.1，求解计算组件在本地执行所需时间tlocal；步骤3.2，求解计算组件在执行计算迁移所需时间toffload；步骤3.3，获取减小计算时延的计算迁移条件，即Th1＝tlocal-toffload＞0。进一步地，步骤三中所述的提高能效的计算迁移条件的获取方法包括：步骤3.4，求解计算组件在本地计算时的能耗Elocal；步骤3.5，求解计算组件从本地迁移到远程服务器所需的能耗Eoffload；步骤3.6，获取提高能效的计算迁移条件，即Th2＝Elocal-Eoffload＞0。进一步地，步骤四中所述的最优化问题P表示为：一种优化时延与能效的移动终端迁移系统，包括移动终端与远程服务器集群；所述的移动终端包括依次连接的计算组件分解模块、组件迁移代价评估模块、无线信道带宽评估模块、服务器信息收集模块，所述的无线信道带宽评估模块上还依次连接有迁移决策模块、迁移执行模块以及结果合成模块，其中：所述的计算组件分解模块用于将应用程序代码分解成各个计算组件；所述的服务器信息收集模块用于收集远程服务器的系统信息和状态信息；所述的无线信道带宽评估模块用于根据收集到的无线信号质量测算无线信道的带宽、接受速率和发送速率；所述的组件迁移代价评估模块用于根据无线信道的带宽、接收速率和发送速率、远程服务器的系统信息，计算各个所述计算组件的迁移代价；所述的迁移决策模块用于根据各个计算组件的迁移代价、无线信道的带宽、接收速率和发送速率、远程服务器的系统信息，决定是否将计算组件迁移到远程服务器进行计算；所述的迁移执行模块用于接收迁移决策模块的输出，并根据迁移决策模块的决策将需要迁移的计算组件及其关联计算组件发送给远程服务器；所述的结果合成模块用于将本地执行的计算结果与迁移到远程服务器进行计算的结果合成，产生应用程序的最终输出；所述的远程服务器集群包括由多个远程服务器连接组成的计算机。本专利技术与现有技术相比具有以下技术特点：1.本专利技术能够综合优化移动终端的计算能力与电池的续航能力，将适合计算迁移的模块通过无线信道传送到云端的远程服务器，利用远程服务器强大的计算能力，扩展移动终端的资源，提升移动终端的综合处理能力，减少本地的计算时延与能源消耗。2.本专利技术能够灵活处理应用程序包含多个不同属性模块的情况，将适合计算迁移的模块迁移到云端远程服务器，其余的模块在本地执行，最后将远程服务器返回的计算结果与本地的计算结果合成为应用程序的最终输出结果。3.本专利技术考虑到任务的计算量、时延敏感性、能源消耗、无线信道带宽等诸多要素构造计算迁移代价函数，并将其转换成最优化问题，通过整数线性规划ILP(IntegerLinearProgr本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种优化时延与能效的移动终端计算迁移方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，对于移动终端的应用程序，将应用程序的代码分解成多个计算组件，根据计算组件之间的关联，获取每个计算组件以及与该计算组件相关的关联计算组件的参数；步骤二，构建用于评判所述计算组件迁移代价的迁移代价函数，并根据所述的迁移代价函数构造目标函数；步骤三，对于每一个计算组件，获取减小计算时延的计算迁移条件以及提高能效的计算迁移条件；步骤四，将减小移动终端的运行时延、提高能效转化为多约束条件的最优化问题并求解，根据求解结果实施迁移决策；步骤五，应用程序将移动终端的本地计算产生的结果以及远程服务器的计算结果合成为应用程序的输出结果。

【技术特征摘要】
1.一种优化时延与能效的移动终端计算迁移方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，对于移动终端的应用程序，将应用程序的代码分解成多个计算组件，根据计算组件之间的关联，获取每个计算组件以及与该计算组件相关的关联计算组件的参数；步骤二，构建用于评判所述计算组件迁移代价的迁移代价函数，并根据所述的迁移代价函数构造目标函数；步骤三，对于每一个计算组件，获取减小计算时延的计算迁移条件以及提高能效的计算迁移条件；步骤四，将减小移动终端的运行时延、提高能效转化为多约束条件的最优化问题并求解，根据求解结果实施迁移决策；步骤五，应用程序将移动终端的本地计算产生的结果以及远程服务器的计算结果合成为应用程序的输出结果。2.如权利要求1所述的优化时延与能效的移动终端计算迁移方法，其特征在于，步骤一中所述的获取每个计算组件以及与该计算组件相关的关联计算组件的参数，包括：(1)获取计算组件的代码规模大小设移动终端的应用程序的代码分解成n个计算组件，表示为M1,M2,…,Mn，对于一个具体计算组件Mi，获取Mi的代码大小为Codei，i∈[1,n]；(2)获取关联计算组件的传输代码规模大小、发送代码规模大小、接收代码规模的大小记计算迁移过程中共有k个关联计算组件，k∈[1,2,…n]，迁移任何一个计算组件i需要上述k个关联计算组件中的0-k个支持；设所述k个关联计算组件的传输代码规模大小分别为：tr1,tr2,…,trk；发送代码规模大小分别为：Send1,Send2,…,Sendk，接收代码规模大小分别为Rec1,Rec2,…,Reck。3.如权利要求1所述的优化时延与能效的移动终端计算迁移方法，其特征在于，步骤二中所述的代价函数表示为：上式中，向量(x1,x2,…,xn)表示计算组件的标记矢量，其中xi＝0表示计算组件Mi在本地执行，xi＝1表示计算组件Mi在远程服务器上执行。4.如权利要求1所述的优化时延与能效的移动终端计算迁移方法，其特征在于，步骤二中所述的目标函数表示为：5.如权利要求1所述的优化时延与能效的移动终端计算迁移方法，其特征在于，步骤三中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文柱，周雪婷，熊福力，孔维鹏，孙瑞华，高鹏，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61