一种基于移动边缘计算系统的并行资源分配方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于移动边缘计算系统的并行资源分配方法，针对移动边缘计算场景，基于组合并行拍卖机制，以最大化资源提供方（即MEC服务器和基站）和资源使用方（移动用户）的效益为目标函数，以不同业务的QoE需求等为约束条件，实现无线和计算资源的联合优化和快速分配；采用无线资源和计算资源并行定价协商方式，优化拍卖过程，加速拍卖收敛速度，从而降低算法复杂度和系统时延；采用分布式的定价协商方式，并给出加速拍卖收敛的方法，从而大幅度地降低移动用户数目增加所带来的计算复杂度和系统时延。

【技术实现步骤摘要】
一种基于移动边缘计算系统的并行资源分配方法
本专利技术涉及一种基于移动边缘计算系统的并行资源分配方法，属于移动边缘

技术介绍
在5G异构网络融合环境中，随着物联网技术以及智能移动终端的广泛普及，手机电视、增强现实、视频通话、语音聊天等移动数据业务带给用户全新的体验。但是，移动终端是资源受限的设备，种类繁多的互联网应用在丰富人们日常生活的同时，也在消耗着有限的终端设备资源，从而直接降低人们对应用服务的体验质量(QualityofExperience，QoE)。移动云计算(MobileCloudComputing，MCC)是移动互联网技术和云计算技术自然结合的产物，基于异构无线通信网络基础设施，并拥有共享的云资源池，向移动终端设备提供计算、存储等网络资源，提供云服务，是提升用户QoE的有效途径。然而，将任务卸载至离用户远的中心云，无法满足一些对时延敏感的应用的需求。因此，架设在靠近用户的云端服务器被引入至移动云计算中，这一技术被称为移动边缘计算(MobileEdgeComputing，MEC)。MEC的概念首先是由欧洲电信标准协会(ETSI)于2014年提出，并被定义为“在接近移动用户无线接入网络中为用户提供IT和云计算能力”。移动边缘云计算的目标是减少时延，确保高效的网络操作和服务交付，并提供改进的用户体验。基于MEC的系统场景包括移动用户、架设在路边的基站、与基站相连的MEC服务器、核心网络以及中心云；核心网中有服务器集群组成的中心云，是整个系统中心虚拟资源与计算及存储服务提供者。MEC用于将中心云功能扩展到高度分布式的基站环境中，使数据和应用程序能够在移动用户附近进行处理，向移动用户提供路边功能，从而减少数据和应用程序的处理时间；而如何实现无线资源和计算资源的并行快速分配，成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于移动边缘计算系统的并行资源分配方法，在保证业务QoE需求的前提下，以最大化资源提供者的效用函数为目标，通过多方协商实现无线资源和云资源的最优快速分配。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种基于移动边缘计算系统的并行资源分配方法，用于实现各包含MEC服务器的基站、分别与其通信区域内各待处理移动终端的资源分配关系匹配；包括如下步骤：步骤A.各个基站分别广播其传输可用资源与MEC计算可用资源，各个待处理移动终端分别接收其所处通信区域所对应基站的广播信息；然后针对传输可用资源不小于预设基站传输资源下限阈值、以及MEC计算可用资源不小于预设MEC计算资源下限阈值的基站，获得各个待处理移动终端分别所对应与其相通信各基站、由高至低的优先级排序，构成各个待处理移动终端分别所对应的待匹配基站排序集合，并进入步骤B；步骤B.各个待处理移动终端分别向其所对应待匹配基站排序集合中的第一个基站、发送资源请求，资源请求包括待处理移动终端上传任务所需带宽、该上传任务所占用CPU指令数、待处理移动终端对应单位传输资源的投标价格、以及待处理移动终端对应单位MEC计算资源的投标价格；分别针对接收到资源请求的各个基站，获得基站所接收各资源请求的各待处理移动终端、对应基站传输资源由高至低的效益排序，作为该基站对应基站传输资源的待匹配移动终端集合；以及获得基站所接收各资源请求的各待处理移动终端、对应MEC计算资源由高至低的效益排序，作为该基站对应MEC计算资源的待匹配移动终端集合；然后进入步骤C；步骤C.针对接收到资源请求的各个基站，判断是否存在基站中MEC计算资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端、与对应基站传输资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端彼此相同的情形，是则分别针对满足该情形的各个基站，构建基站与其MEC计算资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端之间的资源待分配关系，并将该基站所对应基站传输资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端、以及MEC计算资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端均删除，该待处理移动终端更新为成功移动终端，并依据该待处理移动终端的资源请求，更新该基站的传输可用资源与MEC计算可用资源，完成针对满足上述情形各个基站的操作后，然后进入步骤F；否则进入步骤D；步骤D.分别针对各个待处理移动终端，针对其所对应资源请求中单位传输资源的投标价格、以及单位MEC计算资源的投标价格，分别按预设价格增量步长进行增大更新，进而更新该待处理移动终端所对应资源请求，并判断该待处理移动终端是否存在单位传输资源的投标价格大于预设该待处理移动终端对单位传输资源的预估价格、或单位MEC计算资源的投标价格大于预设该待处理移动终端对单位MEC计算资源的预估价格，是则该待处理移动终端更新为失败移动终端；否则针对该待处理移动终端所对应待匹配基站排序集合，将其中第一个基站移动到最后一位，更新该待处理移动终端所对应待匹配基站排序集合；完成对各个待处理移动终端的上述操作后，进入步骤E；步骤E.判断是否存在待处理移动终端，是则返回步骤B；否则结束匹配；步骤F.判断是否存在待处理移动终端，是则返回步骤G；否则结束匹配；步骤G.判断是否存在传输可用资源不小于预设基站传输资源下限阈值、以及MEC计算可用资源不小于预设MEC计算资源下限阈值的基站，是则返回步骤A；否则结束匹配。作为本专利技术的一种优选技术方案：基于经过步骤A至步骤G操作、获得各个成功移动终端，继续执行如下步骤：步骤H.分别针对具有资源待分配关系的各个基站，针对基站所对应资源待分配关系的各个成功移动终端，分别进行单位传输资源定价、以及单位MEC计算资源定价，然后进入步骤I；步骤I.具有资源待分配关系的各个基站，分别针对其所对应资源待分配关系的各个成功移动终端，按基站对其单位传输资源定价、以及单位MEC计算资源定价，完成对成功移动终端，的传输资源分配与计算资源分配。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤A中，分别针对各个待处理移动终端，按如下公式：获得第j个待处理移动终端所对应与其相通信各基站的优先级因子并针对该各个优先级因子按由高至低排序，获得第j个待处理移动终端所对应与其相通信各基站、由高至低的优先级排序，进而获得各个待处理移动终端分别所对应与其相通信各基站、由高至低的优先级排序，构成各个待处理移动终端分别所对应的待匹配基站排序集合；其中，j∈{1、…、J}，J表示待处理移动终端的总数，ij∈{1、…、Ij}，Ij表示第j个待处理移动终端所处通信区域所对应的基站总数，表示第j个待处理移动终端所对应与其通信第ij个基站的优先级因子，α表示预设传输可用资源因子，β表示预设MEC计算可用资源因子，γ表示预设待处理移动终端与基站相对距离因子，表示第j个待处理移动终端所对应与其通信第ij个基站的传输可用资源，表示第j个待处理移动终端所对应与其通信第ij个基站的MEC计算可用资源，bj表示第j个待处理移动终端上传任务所需带宽，sj第j个待处理移动终端上传任务所占用CPU指令数，表示第j个待处理移动终端与其通信第ij个基站之间的距离。作为本专利技术的一种优选技术方案：所述步骤B中，分别针对接收到资源请求的各个基站，按如下公式：获得第n个基站所接收各资源请求的各待处理移动终端、对应基站传输资源的效益UB(n,jn本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于移动边缘计算系统的并行资源分配方法，用于实现各包含MEC服务器的基站、分别与其通信区域内各待处理移动终端的资源分配关系匹配；其特征在于，包括如下步骤：步骤A.各个基站分别广播其传输可用资源与MEC计算可用资源，各个待处理移动终端分别接收其所处通信区域所对应基站的广播信息；然后针对传输可用资源不小于预设基站传输资源下限阈值、以及MEC计算可用资源不小于预设MEC计算资源下限阈值的基站，获得各个待处理移动终端分别所对应与其相通信各基站、由高至低的优先级排序，构成各个待处理移动终端分别所对应的待匹配基站排序集合，并进入步骤B；步骤B.各个待处理移动终端分别向其所对应待匹配基站排序集合中的第一个基站、发送资源请求，资源请求包括待处理移动终端上传任务所需带宽、该上传任务所占用CPU指令数、待处理移动终端对应单位传输资源的投标价格、以及待处理移动终端对应单位MEC计算资源的投标价格；分别针对接收到资源请求的各个基站，获得基站所接收各资源请求的各待处理移动终端、对应基站传输资源由高至低的效益排序，作为该基站对应基站传输资源的待匹配移动终端集合；以及获得基站所接收各资源请求的各待处理移动终端、对应MEC计算资源由高至低的效益排序，作为该基站对应MEC计算资源的待匹配移动终端集合；然后进入步骤C；步骤C.针对接收到资源请求的各个基站，判断是否存在基站中MEC计算资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端、与对应基站传输资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端彼此相同的情形，是则分别针对满足该情形的各个基站，构建基站与其MEC计算资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端之间的资源待分配关系，并将该基站所对应基站传输资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端、以及MEC计算资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端均删除，该待处理移动终端更新为成功移动终端，并依据该待处理移动终端的资源请求，更新该基站的传输可用资源与MEC计算可用资源，完成针对满足上述情形各个基站的操作后，然后进入步骤F；否则进入步骤D；步骤D.分别针对各个待处理移动终端，针对其所对应资源请求中单位传输资源的投标价格、以及单位MEC计算资源的投标价格，分别按预设价格增量步长进行增大更新，进而更新该待处理移动终端所对应资源请求，并判断该待处理移动终端是否存在单位传输资源的投标价格大于预设该待处理移动终端对单位传输资源的预估价格、或单位MEC计算资源的投标价格大于预设该待处理移动终端对单位MEC计算资源的预估价格，是则该待处理移动终端更新为失败移动终端；否则针对该待处理移动终端所对应待匹配基站排序集合，将其中第一个基站移动到最后一位，更新该待处理移动终端所对应待匹配基站排序集合；完成对各个待处理移动终端的上述操作后，进入步骤E；步骤E.判断是否存在待处理移动终端，是则返回步骤B；否则结束匹配；步骤F.判断是否存在待处理移动终端，是则返回步骤G；否则结束匹配；步骤G.判断是否存在传输可用资源不小于预设基站传输资源下限阈值、以及MEC计算可用资源不小于预设MEC计算资源下限阈值的基站，是则返回步骤A；否则结束匹配。...

【技术特征摘要】
1.一种基于移动边缘计算系统的并行资源分配方法，用于实现各包含MEC服务器的基站、分别与其通信区域内各待处理移动终端的资源分配关系匹配；其特征在于，包括如下步骤：步骤A.各个基站分别广播其传输可用资源与MEC计算可用资源，各个待处理移动终端分别接收其所处通信区域所对应基站的广播信息；然后针对传输可用资源不小于预设基站传输资源下限阈值、以及MEC计算可用资源不小于预设MEC计算资源下限阈值的基站，获得各个待处理移动终端分别所对应与其相通信各基站、由高至低的优先级排序，构成各个待处理移动终端分别所对应的待匹配基站排序集合，并进入步骤B；步骤B.各个待处理移动终端分别向其所对应待匹配基站排序集合中的第一个基站、发送资源请求，资源请求包括待处理移动终端上传任务所需带宽、该上传任务所占用CPU指令数、待处理移动终端对应单位传输资源的投标价格、以及待处理移动终端对应单位MEC计算资源的投标价格；分别针对接收到资源请求的各个基站，获得基站所接收各资源请求的各待处理移动终端、对应基站传输资源由高至低的效益排序，作为该基站对应基站传输资源的待匹配移动终端集合；以及获得基站所接收各资源请求的各待处理移动终端、对应MEC计算资源由高至低的效益排序，作为该基站对应MEC计算资源的待匹配移动终端集合；然后进入步骤C；步骤C.针对接收到资源请求的各个基站，判断是否存在基站中MEC计算资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端、与对应基站传输资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端彼此相同的情形，是则分别针对满足该情形的各个基站，构建基站与其MEC计算资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端之间的资源待分配关系，并将该基站所对应基站传输资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端、以及MEC计算资源待匹配移动终端集合中第一个待处理移动终端均删除，该待处理移动终端更新为成功移动终端，并依据该待处理移动终端的资源请求，更新该基站的传输可用资源与MEC计算可用资源，完成针对满足上述情形各个基站的操作后，然后进入步骤F；否则进入步骤D；步骤D.分别针对各个待处理移动终端，针对其所对应资源请求中单位传输资源的投标价格、以及单位MEC计算资源的投标价格，分别按预设价格增量步长进行增大更新，进而更新该待处理移动终端所对应资源请求，并判断该待处理移动终端是否存在单位传输资源的投标价格大于预设该待处理移动终端对单位传输资源的预估价格、或单位MEC计算资源的投标价格大于预设该待处理移动终端对单位MEC计算资源的预估价格，是则该待处理移动终端更新为失败移动终端；否则针对该待处理移动终端所对应待匹配基站排序集合，将其中第一个基站移动到最后一位，更新该待处理移动终端所对应待匹配基站排序集合；完成对各个待处理移动终端的上述操作后，进入步骤E；步骤E.判断是否存在待处理移动终端，是则返回步骤B；否则结束匹配；步骤F.判断是否存在待处理移动终端，是则返回步骤G；否则结束匹配；步骤G.判断是否存在传输可用资源不小于预设基站传输资源下限阈值、以及MEC计算可用资源不小于预设MEC计算资源下限阈值的基站，是则返回步骤A；否则结束匹配。2.根据权利要求1所述一种基于移动边缘计算系统的并行资源分配方法，其特征在于：基于经过步骤A至步骤G操作、获得各个成功移动终端，继续执行如下步骤：步骤H.分别针对具有资源待分配关系的各个基站，针对基站所对应资源待分配关系的各个成功移动终端，分别进行单位传输资源定价、以及单位MEC计算资源定价，然后进入步骤I；步骤I.具有资源待分配关系的各个基站，分别针对其所对应资源待分配关系的各个成功移动终端，按基站对其单位传输资源定价、以及单位MEC计算资源定价，完成对成功移动终端，的传输资源分配与计算资源分配。3.根据权利要求2所述一种基于移动边缘计算系统的并行资源分配方法，其特征在于：所述步骤A中，分别针对各个待处理移动终端，按如下公式：获得第j个待处理移动终端所对应与其相通信各基站的优先级...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏玮玮，兰卓睿，燕锋，吴思运，崔文清，钱潮，沈连丰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32