单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法技术方案

本发明专利技术提供了一种单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法，该方法包括：将移动设备分类：移动设备根据自身任务的最大时延和能耗特点，将移动设备分为本地计算移动设备，计算卸载移动设备和部分计算卸载移动设备；优先级确定：确定出设备的优先级，为不同的设备设定不同的优先级来分配信道资源，以确保系统效益最大；无限资源分配：在这一阶段，MBS和D2D的信道按照优先级分配。单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法，综合考虑系统的通信无线资源和基站与D2D设备组成的可供卸载资源，在此基础上选择系统能耗最小的方式上传MEC进行卸载，达到了系统计算能耗最小的优化目标。

Mobile edge computing offload method to reduce system energy consumption under single server

The invention provides a mobile edge computing unloading method for reducing system energy consumption under a single server, which includes: classifying mobile devices: according to the maximum delay and energy consumption characteristics of its own tasks, mobile devices are divided into local computing mobile devices, computing unloading mobile devices and partial computing unloading mobile devices; priority determination: determining the priority of devices In this stage, MBS and D2D channels are allocated according to priority. Based on the mobile edge computing offloading method, which can reduce the energy consumption of the system under a single server, and considering the wireless communication resources of the system and the available offloading resources composed of the base station and the D2D device, we choose the way with the lowest energy consumption of the system to upload MEC for offloading, so as to achieve the optimization goal of the lowest energy consumption of the system.

【技术实现步骤摘要】
单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法
本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法。
技术介绍
5G时代的到来，使得流量呈爆炸性增长。随着信息技术的快速发展，图像处理、机器学习、人工智能、超高清视频等应用快速发展，虚拟现实、增强现实等游戏应用也随之不断涌现。而其中大部分设备的计算资源有限，通信和储存必须依靠云或边缘设备来完成。此外，终端用户和远程云之间的数据交换将会占用大量带宽并导致回程网络瘫痪。作为移动云计算的补充，移动边缘网络应运而生。移动边缘网络将流量、计算和网络功能下沉到网络边缘，使得越来越多的信息在本地生成和消费，云计算和移动边缘计算互为补充，为5G计算和通信提供毫秒级的响应。计算卸载最初应用在云计算中，该技术可以实现在移动智能终端上运行复杂和成熟的应用。但却引入了显著的执行延迟，使得卸载不适合实时应用程序。为了解决延迟问题，研究人员将计算卸载技术引入到移动边缘网络中，形成移动边缘计算(MobileEdgeComputing，MEC)。MEC技术不仅能支持移动边缘设备运行复杂的资源消耗密集型任务，同时在大部分情况下，移动边缘设备只需要访问MEC服务器而不需要进行远程的云服务器的访问，减少任务执行时延，缓解了网络中带宽的消耗。但在移动边缘网络中的计算卸载仍然存在一些亟需解决的技术问题，如计算卸载的决策、MEC内计算资源的分配、流动性管理等。本系统针对5G架构下的计算卸载场景，在联合D2D设备解决远近效应问题的场景下，研究单服务器下的系统能耗问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法，以达到系统计算能耗最小的优化目标。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法，在移动边缘网络联合D2D解决远近效应的前提下，所述单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法包括：将移动设备分类：移动设备根据任务的最大时延和能耗特点将移动设备分为本地计算的移动设备ΩL、计算卸载到MEC服务器上的移动设备ΩR和部分计算卸载的移动设备ΩO；确定优先级：确定出移动设备的优先级，根据移动设备的优先级来分配信道资源；无线资源分配：MBS和D2D设备的信道按照优先级分配无线资源。可选的，所述联合D2D解决远近效应中，所述D2D设备的位置和发送能量满足如下关系：其中，P1表示移动设备D1发送到基站的能量，P12表示移动设备D1发送到D2D设备D2的能量，P2表示D2D设备D2发送到基站的能量，l1表示移动设备D1与基站的距离，l12表示移动设备D1与D2D设备D2的距离，l2表示为D2D设备D2与基站的距离，α表示为路径损耗因子，θ为发送给基站与发送到D2D设备D2之间的夹角。可选的，所述移动设备分类方法为：若本地计算时延无法满足最大时延的限制，则此类移动设备分类为计算卸载到MEC服务器的移动设备，即ΩR；若本地计算时延满足最大时延，且在本地计算消耗的能耗比卸载到MEC服务器上消耗的能耗低，则此类移动设备分类为本地计算的移动设备，即ΩL；若移动设备可以选择在本地计算或者计算卸载的MEC服务器上，此类移动设备分类为部分卸载的移动设备，即ΩO。可选的，所述优先级的确定的方法为：属于ΩR集合的移动设备具有拥有最高的优先级；属于ΩO集合的移动设备的优先级为：αj(j＝{1,2,3})，0≤αj≤1,其中，为移动设备i的最大时延限制，hi为移动设备i访问的合格通道数量，包括移动设备i访问MBS的合格通道数量和移动设备i访问D2D的合格通道数量为本地计算卸载的能耗，δR表示基站的MEC服务器的一个CPU周期的能耗，ci为完成本次任务所需的计算能力，移动设备i的Yi值越小，优先级越高。可选的，所述无线资源分配的方法为：在分配过程中，如果移动设备未决定通过哪种方式访问MEC服务器，则选取其中能耗最少的方式访问；对于已决定访问MBS的移动设备，从属于MBS的通道中选择一个SINR最高的通道。在本专利技术提供的单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法中，包括：将移动设备分类：移动设备根据自身任务的最大时延和能耗特点，将移动设备分为本地计算移动设备，计算卸载移动设备和部分计算卸载移动设备；优先级确定：确定出设备的优先级，为不同的设备设定不同的优先级来分配信道资源，以确保系统效益最大；无限资源分配：在这一阶段，MBS和D2D的信道按照优先级分配。单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法，综合考虑系统的通信无线资源和基站与D2D设备组成的可供卸载资源，在此基础上选择系统能耗最小的方式上传MEC进行卸载，达到了系统计算能耗最小的优化目标。附图说明图1为利用D2D设备解决远近效应；图2为5G移动边缘网络联合D2D计算卸载系统模型；图3为降低系统能耗算法流程图；图4为系统能量消耗性能仿真图；图5为系统时间消耗性能仿真图；图6为D2D组距离移动设备远近对计算卸载的影响图7为系统能耗随MEC服务器单位能耗变化图。具体实施方式下面将结合示意图对本专利技术的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。移动设备在离基站较远的情况下，在设备可通信范围内，选择可利用的D2D设备组充当中继，移动设备从附近的可利用的D2D设备组中，选择计算卸载能耗最小的方式进行传输，同时满足通过D2D方式比直接传输给基站的方式的能耗低，若没有合适的D2D设备，则选择直接传输给基站进行计算卸载。图1为利用D2D设备解决远近效应的场景模型。待计算卸载的用户D1和距离基站较近的D2D设备D2，用户D1可以选择将任务直接上传到MBS，也可以选择通过D2D设备D2接收转发上传到MBS。我们假定用户D1通过D2D设备D2上传到MBS比直接发送给MBS进行计算卸载更加节能，即P1＞P12+P2(3.1)上式P1表示用户D1发送到MBS的能量，P12表示用户D1发送个设备D2的能量，P2表示设备D2发送到MBS的能量。为了解决远近效应，即不论用户距离基站的远近，发送到达MBS的能量都保持恒定，即：上式表示用户D1直接发送到MBS时到达的能量和通过D2D设备D2传输到MBS的能量相等。式中l1表示D1与MBS的距离，l12表示用户D1与设备D2的距离，l2表示为设备D2与基站的距离。α表示为路径损耗因子。将(3.2)带入(3.1)式中可得：在用户D1搜寻可用D2D设备D2时，用户通过定位可以确定发送给基站MBS与发送到D2D设备D2之间的夹角θ，由用户D1，设备D2和基站MBS可组成如图所示三角形，由余弦定理可得：联立(3.3)-(3.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法，其特征在于，在移动边缘网络联合D2D解决远近效应的前提下，所述单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法包括：/n将移动设备分类：移动设备根据任务的最大时延和能耗特点将移动设备分为本地计算的移动设备Ω

【技术特征摘要】
1.一种单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法，其特征在于，在移动边缘网络联合D2D解决远近效应的前提下，所述单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法包括：
将移动设备分类：移动设备根据任务的最大时延和能耗特点将移动设备分为本地计算的移动设备ΩL、计算卸载到MEC服务器上的移动设备ΩR和部分计算卸载的移动设备ΩO；
确定优先级：确定出移动设备的优先级，根据移动设备的优先级来分配信道资源；
无线资源分配：MBS和D2D设备的信道按照优先级分配无线资源。


2.如权利要求1所述的单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法，其特征在于，所述联合D2D解决远近效应中，所述D2D设备的位置和发送能量满足如下关系：



其中，P1表示移动设备D1发送到基站的能量，P12表示移动设备D1发送到D2D设备D2的能量，P2表示D2D设备D2发送到基站的能量，l1表示移动设备D1与基站的距离，l12表示移动设备D1与D2D设备D2的距离，l2表示为D2D设备D2与基站的距离，α表示为路径损耗因子，θ为发送给基站与发送到D2D设备D2之间的夹角。


3.如权利要求1所述的单服务器下降低系统能耗的移动边缘计算卸载方法，其特征在于，所述移动设备分类方法为：
若本地计算时延无法满足最大时延的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴玉成，翟莎莎，熊灿云，刘巧，盛机华，余海飞，喻琼，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50