基于公平性准则的非平衡边缘云网络接入与资源分配机制制造技术

本发明专利技术公开了一种基于公平性准则的非平衡边缘云网络接入与资源分配机制，属于移动云计算与移动边缘计算领域，本发明专利技术通过循环算法，在每一轮资源分配循环开始时，根据所定义的卸载优先级参数来确定获得任务迁移权利的用户，卸载优先级参数最小的用户获得本轮的任务迁移权。确定了获得任务迁移权的用户后，VDC通过计算该用户的所有任务的卸载总时延‑能耗‑成本权重和来确定被迁移的任务和迁移路径，卸载总时延‑能耗‑成本权重和最小的任务优先迁移。如此循环，直至算法结束。本方法能实现非平衡边缘云网络中的多用户多任务卸载决策与资源分配，并且能在显著降低多用户多任务卸载总时延‑能耗‑成本权重和前提下保证用户间服务公平性。

【技术实现步骤摘要】
基于公平性准则的非平衡边缘云网络接入与资源分配机制
本专利技术属于移动云计算与移动边缘计算领域，特别是涉及一种基于公平性准则的非平衡边缘云网络接入与资源分配机制。
技术介绍
近年来，一种称为移动边缘计算(MEC,MobileEdgeComputing)新技术被提出。本质上，移动边缘计算技术可以看作是移动云计算技术向网络边缘的延伸或拓展。事实上，MEC的概念最先是由欧洲电信标准研究所(ETSI,EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute)于2014年提出，其定义为“在无线接入网络(RAN,RadioAccessNetwork)内靠近移动用户的位置提供IT和云计算能力的新平台”。这种模式中，大量计算和存储资源被放置在网络边缘，靠近移动设备或传感器。因而，移动用户可以将计算密集型任务迁移到MEC服务器中执行，从而显著降低对移动设备计算能力的要求并减小移动设备计算密集型任务执行带来的能耗。其次，通过在网络边缘服务服务器，移动用户无需接入远端云从而可以显著地降低云平台和骨干网络负载。此外，移动网络运营商可以将移动边缘计算服务器空闲资源租用给第三方从而获得附加收益。现有针对移动边缘云计算系统迁移决策与资源分配研究大都基于平衡移动云边缘计算服务器部署。然而，实际网络中，基于空域业务分布不均匀性以及部署成本因素，运营商一般选择非平衡的移动边缘服务器部署策略，即多个无线接入点通过一跳或多跳链路接入少数几个共享边缘计算服务器。当前还没有针对这种非平衡移动边缘云服务器部署下的迁移决策与资源分配研究；现有关于移动边缘云计算系统迁移决策与资源分配研究的系统设计目标主要为时延、能耗或时延-能耗权重和，并未考虑移动边缘云服务器的服务(使用)成本。在专利技术讨论的非平衡移动边缘云服务器部署场景中，边缘云服务器的服务成本具有多重含义，如无线接入点到边缘云服务器时延、无线接入点与边缘云服务器间达成的服务协议定价，或虚拟网络运营商与计算服务提供商关于资源使用定价等。特别地，这种服务成本与关联的无线接入点有关。在这种情况下，系统迁移决策与资源分配设计需要联合考虑时延-能耗-成本折中。现有移动边缘网络资源分配中，缺乏对用户服务公平性考虑，迫切需要实现基于用户服务公平性的网络接入与资源分配机制。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于公平性准则的非平衡边缘云网络接入与资源分配机制，本专利技术针对非平衡边缘云服务器部署场景，引入关联无线接入基站依赖的边缘云服务器使用成本，定义基于时延-能耗-成本权重和的用户任务卸载性能评价指标，提出基于用户时延-能耗-成本权重和公平性准则的多用户多任务非平衡边缘云网络接入与资源分配机制。该机制是一种循环算法，在每一轮资源分配循环周期内，每个用户都获得一次边缘云网络接入与资源分配机会，获得机会的先后关系取决于每个用户这一轮分配中时延-能耗-成本加权和值最小的任务的时延-能耗-成本加权和值大小关系，值最小的用户任务最先获得边缘云网络接入与资源分配机会，依次直到这一轮中所有用户时延-能耗-成本加权和值最小任务都获得一次边缘云网络接入与资源分配权利。为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于公平性准则的非平衡边缘云网络接入与资源分配机制，包括以下步骤：S1、定义下列各项数据；定义用户集合A＝{1,...,i,...,|A|}；定义用户i卸载任务集合定义用户i未卸载任务集合定义卸载任务集非空用户集合定义用户i卸载任务j的计算资源需求ri,j；定义无线接入基站集合B＝{1,...,m,...,|B|}；定义无线接入基站m当前可接入用户数Qm；定义边缘云服务器集合C＝{1,...,n,...,|C|}；定义边缘云服务器n当前可用计算资源Rn；定义用户i卸载任务j通过无线接入基站m卸载传输的时延和能耗分别为ti,j,m和ei,j,m；定义无线接入基站m连接边缘云服务器n的成本为cm,n；定义εi为用户i的任务卸载权重因子，为非负实数；定义用户i的任务卸载获得的时延-能耗-成本权重和为ui,j，其中s为循环算法的第s轮；定义Z为取值较大的常数，如定义用户i任务卸载优先级参数其中优先级参数值越小，用户优先级越高。以上各项数据的定义顺序不分先后；S2、初始化s＝0，及S3、对于计算以及S4、对于用户i＝i*，依次执行如下步骤：S4-1：对于卸载任务，构造其可接入无线接入基站集合可接入边缘云服务器集合以及大小为的成本矩阵其中，和S4-2：对于卸载任务，依据成本矩阵Ci,j，计算每一个可接入无线接入基站m可接入边缘云服务器的最小成本及该边缘云服务器索引S4-3：对于卸载任务，计算其通过可接入无线接入基站m以及其最小成本可接入边缘云服务器卸载计算任务的总时延-能耗-成本权重和其中αi，βi和γi分别为时延、能耗与成本权重因子；S4-4：对于卸载任务，计算其最优可接入无线接入基站和最优可接入边缘云服务器S5、对于用户i，计算其卸载任务集中具有最小时延-能耗-成本的任务并记录用户i局部最优决策信息包括用户i具有最小卸载时延-能耗-成本的任务索引j*，该任务的计算资源需求该任务卸载路径上的无线接入基站索引和边缘云服务器索引以及该用户任务卸载的时延-能耗-成本值S6、选择用户i*及其任务j*获得本次任务卸载的无线接入基站和边缘云服务器分配权利并完成分配，即用户i*的任务j*通过无线接入基站和边缘云服务器完成任务卸载；S7、更新边缘云服务器可用计算资源更新无线接入基站可接入用户数更新用户i*未卸载任务集和卸载任务集如果则更新S8、计算以及如果或或之一成立，则跳转到Step8，否则，s＝s+1，跳转到Step2；S9、算法结束.较佳的，步骤S4-3中的所述权重因子满足αi+βi+γi＝1,αi,βi,γi∈[0,1]。本专利技术的有益效果是：本专利技术可快速获得多用户多任务卸载路径以及无线接入基站与边缘云服务器资源分配；本专利技术在保证用户服务公平性前提下最小化多用户多任务卸载的时延-能耗-成本加权和；本专利技术收敛速度快、复杂度低，易实现。附图说明图1是本专利技术性能示例场景图；图2是公平指数对比图；具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步说明：图1网络中包括四个移动用户(或任务、应用)S1、S2、S3和S4，三个无线网络接入基站B1、B2和B3，以及两个边缘云服务器C1和C2。任意用户Si(i＝1，…，4)计算卸载任务由一个四元组刻画；其中，表示该用户Si任务计算资源需求量，和分别表示用户Si接入B1、B2和B3的时延-能耗加权代价。例如，对于用户S1与(2,3,2,5)，卸载计算任务的计算资源需求为2个单位，接入B1、B2和B3的时延-能耗加权代价分别为3、2和5。任意无线网络接入点Bj(j＝1，..，3)由一个二元组刻画，分别表示无线网络接入点Bj接入边缘云服务器C1和C2的成本。例如，对于无线网络接入基站B1与(2,3)，其使用边缘云服务器C1和C2的单位成本分别是2和3。对于边缘云服务器Ck(k＝1，2)，由(zk)刻画，表示Ck的可用计算资源数量。例如，对于边缘云服务器C1与(4)，其有4个单位的计算资源。显然，对于不同的用户Si，选择不同的任务卸载路径将承担不同的卸载成本并消耗本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于公平性准则的非平衡边缘云网络接入与资源分配机制，其特征在于包括以下步骤：S1、定义下列各项数据；定义用户集合A＝{1,...,i,...,|A|}；定义用户i卸载任务集合

【技术特征摘要】
2018.03.01 CN 20181017064431.基于公平性准则的非平衡边缘云网络接入与资源分配机制，其特征在于包括以下步骤：S1、定义下列各项数据；定义用户集合A＝{1,...,i,...,|A|}；定义用户i卸载任务集合定义用户i未卸载任务集合定义卸载任务集非空用户集合定义用户i卸载任务j的计算资源需求ri,j；定义无线接入基站集合B＝{1,...,m,...,|B|}；定义无线接入基站m当前可接入用户数Qm；定义边缘云服务器集合C＝{1,...,n,...,|C|}；定义边缘云服务器n当前可用计算资源Rn；定义用户i卸载任务j通过无线接入基站m卸载传输的时延和能耗分别为ti,j,m和ei,j,m；定义无线接入基站m连接边缘云服务器n的成本为cm,n；定义εi为用户i的任务卸载权重因子，为非负实数；定义用户i的任务卸载获得的时延-能耗-成本权重和为ui,j，其中s为循环算法的第s轮；定义Z为取值较大的常数，如定义用户i任务卸载优先级参数其中优先级参数值越小，用户优先级越高。以上各项数据的定义顺序不分先后；S2、初始化s＝0，及S3、对于计算以及S4、对于用户i＝i*，依次执行如下步骤：S4-1：对于卸载任务，构造其可接入无线接入基站集合可接入边缘云服务器集合以及大小为的成本矩阵其中，和S4-...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋卫恒，赖琴，邬小刚，张瑜，周晓珊，徐萌莹，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50