一种基于信息年龄度量的边缘协作方法技术

本发明专利技术涉及一种基于信息年龄度量的边缘协作方法，属于无线通信领域。该方法首先，确定单源多服务器的到达和协作服务过程，实时判断有无待处理的包生成；其次，当包到达时，在最新的服务器空闲状态集合中，研究包处理对信息年龄的影响，以及该数据包成为无效数据包的概率，由此匹配最优的边缘服务器进行服务，进而完成边缘服务器资源的调度；最后，在数据传输完成后，输出丢弃包、无效包个数以及系统的平均信息年龄。本发明专利技术可以减少无效包的产生，进而减少边缘服务器资源的无效使用，提高资源的有效利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于信息年龄度量的边缘协作方法
本专利技术属于无线通信领域，涉及无线通信中边缘服务器调度对数据新鲜度的影响，具体涉及一种基于信息年龄度量的边缘协作方法。
技术介绍
目前，随着物联网技术的迅猛发展，物流传输、股票波动、环境监测、社交网络等实时应用逐渐融入人们的生活。这类应用通常需要实时更新状态，并将数据及时地传输到用户。现有方案往往关注资源调度中时延、吞吐量等网络的系统性能，通过降低传输时延、或改善网络处理能力来提高数据实时性，而忽略了所传输数据本身的有效性。对于这类应用来说，过时的信息仅具有较小的价值，因此，关注数据的新鲜度将有效提高边缘协作服务器资源的有效利用率。信息年龄(AoI)是一个描述数据传输时间线的新兴参数，可以很好的度量所收集到的状态数据的新鲜度。它被定义为上次成功接收到的消息从生成以来所经过的时间，即在任意时刻t，宿端最新接收到的包i是在时刻Ti生成，则有系统信息年龄为t-Ti。在某些场景下，例如温度传感器用于监测环境温度，判断监测区域内是否发生火灾，其感知数据以较短周期频繁回传至用户端，并由多个边缘协作的服务器同时分流处理。但由于各个服务器状态不同，同一个源后到达服务器的包较先到达服务器的包先服务晚，这将导致先到达服务器的数据包成为无效数据包。因此，亟需一种优化的边缘服务器资源调度方法，减少无效数据包因传输造成的资源浪费。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于针对单个源周期性回传数据的无线通信场景中，由于多服务器调度不佳导致数据包积压或大量无效包产生造成的资源有效利用率低的问题，提供一种基于信息年龄度量的边缘协作方法,考虑系统信息年龄，通过优化边缘服务器的资源调度，减少无效数据包的传输造成的资源浪费。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于信息年龄度量的边缘协作方法，首先，确定单源多服务器的到达和服务过程，实时判断有无待处理的包生成；其次，当包到达时，在最新的服务器空闲状态集合中，研究包处理对信息年龄的影响，以及该包成为无效信息的概率，由此匹配最优的边缘服务器进行服务，完成服务器资源的调度；最后，在数据传输完成后，输出丢弃包、无效包个数以及系统的平均信息年龄。该方法具体包括以下步骤：S1：确定单源多服务器的到达和协作服务过程，确定数据包长度、数据包的到达间隔以及系统内边缘服务器的个数等，并由此确定检测数据包生成的周期；S2：服务器状态集合更新：当新的数据包在检测周期内到达时，系统内的边缘服务器根据实际状况反馈其空闲/忙碌状态，由此能尽可能减少数据包在忙碌服务器队列中无效等待；同时，结合信道状态回传其当下的服务能力；S3：资源调度：根据系统内边缘服务器的服务能力以及数据包的到达强度，分析数据包处理对系统信息年龄的影响以及该数据包成为无效数据包的概率，为新到达的数据包匹配最优的服务对象；S4：服务需求检测：根据检测周期内是否有数据包产生判断单轮服务是否结束，若有新数据包到达，则返回步骤S2，否则进入步骤S5；S5：输出调度结果：根据实际处理结果，输出单轮服务中无效数据包的个数、丢弃数据包的个数以及系统的平均信息年龄。进一步，所述步骤S2具体包括以下步骤：S21：当新的数据包在检测周期内到达时，系统内的边缘服务器根据实际情况反馈其空闲/忙碌状态，若边缘服务器处于忙碌状态，其将在下一个检测周期到达时，重新发送状态信息；S22：空闲边缘服务器结合信道状态回传当下的服务能力。进一步，所述步骤S3具体包括以下步骤：S31：根据步骤S21得到的边缘服务器空闲状态集合，初步判断数据包是否直接丢弃，即若所有边缘服务器均处于忙碌状态，则丢弃该数据包，将该数据包记作丢弃数据包；S32：对比待处理数据包的最优处理速率与步骤S22得到的边缘服务器服务能力，进行服务模式分流，具体分为单一服务器调度和多服务器调度；S33：根据步骤S32的分流模式对数据包进行处理，若最优边缘服务器服务能力大于待处理数据包的最优处理速率，则属于单一服务器调度，此时总是调度处理数据包带来信息年龄最小的边缘服务器为所有数据包服务，在这种情况下，不会出现无效数据包和丢弃数据包；S34：若最优边缘服务器服务能力小于待处理数据包的最优速率，则属于多服务器调度，即下一个数据包达时，必定有边缘服务器处于忙碌状态，考虑步骤S21得到的空闲服务器空闲状态集合，根据数据包成为无效数据包的概率以及数据包处理带来的系统信息年龄为新到达的数据包匹配最优服务对象。更进一步，所述步骤S33中，处理一个数据包带来的系统平均信息年龄为其中，Qi表示信息年龄，Yi表示数据包的到达间隔；Si表示数据包从源端到宿端所需的时间：Si＝D/Ri，D表示数据包长度；选择服务能力为的边缘服务器为到达的数据包进行服务，具体地其中为在空闲服务器状态集合中向上取整最贴近的服务能力对应的边缘服务器。更进一步，所述步骤S34具体包括：定义有效数据包为在服务间隔中到达的承载着最新信息的数据包，即数据包m满足下式时为有效数据包；其中，Yi表示数据包的到达间隔，Si表示数据包从源端到宿端所需的时间，m和j分别表示数据包序号；定义无效数据包为数据包l到达宿端时，已经有比数据包l先生成的数据包k到达宿端，即tl＞tk，且tk′＞tl′；无效数据包概率分析：以E1(i)表示一个数据包是有效的事件，以E2(n)表示一个数据包使先前n个数据包成为无效数据包的事件，由此定义以计算出一个数据包是无效数据包的概率为：其中，λ表示平均到达速率，μ表示当前系统的服务强度，E[·]表示取函数的期望；当前数据包到达宿端时，根据判断其是否为有效数据包，若不是，则失效数据包数量Nl＝Nl+1；另外，初始时Nl＝0；信息年龄分析：一个数据包使n个数据包成为无效数据包的概率为：由此求解信息年龄的三个必要因子：从而计算出系统的信息年龄为：此外，信息年龄由上下界取平均获取近似值为：由此选择服务能力为的为到达的数据包进行服务，具体地进一步，所述步骤S5具体包括：S51：等待当前忙时的边缘服务器完成数据包的处理；S52：根据步骤S3的服务器调度结果，输出本轮服务中丢弃数据包的数量、失效数据包的数量和系统的信息年龄。本专利技术的有益效果在于：本专利技术针对单个源周期性回传数据的无线通信场景中，解决由于多服务器调度不佳导致数据包积压或大量无效包产生造成的资源有效利用率低的问题。本专利技术可以有效地在保障数据新鲜度的同时，提高边缘服务器资源的有效利用率。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。附图说明为了使本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于信息年龄度量的边缘协作方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：/nS1：确定单源多服务器的到达和协作服务过程，确定数据包长度、数据包的到达间隔以及系统内边缘服务器的个数，并由此确定检测数据包生成的周期；/nS2：服务器状态集合更新：当新的数据包在检测周期内到达时，系统内的边缘服务器根据实际状况反馈其空闲/忙碌状态；同时，结合信道状态回传其当下的服务能力；/nS3：资源调度：根据系统内边缘服务器的服务能力以及数据包的到达强度，分析数据包处理对系统信息年龄的影响以及该数据包成为无效数据包的概率，为新到达的数据包匹配最优的服务对象；/nS4：服务需求检测：根据检测周期内是否有数据包产生判断单轮服务是否结束，若有新数据包到达，则返回步骤S2，否则进入步骤S5；/nS5：输出调度结果：根据实际处理结果，输出单轮服务中无效数据包的个数、丢弃数据包的个数以及系统的平均信息年龄。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于信息年龄度量的边缘协作方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：
S1：确定单源多服务器的到达和协作服务过程，确定数据包长度、数据包的到达间隔以及系统内边缘服务器的个数，并由此确定检测数据包生成的周期；
S2：服务器状态集合更新：当新的数据包在检测周期内到达时，系统内的边缘服务器根据实际状况反馈其空闲/忙碌状态；同时，结合信道状态回传其当下的服务能力；
S3：资源调度：根据系统内边缘服务器的服务能力以及数据包的到达强度，分析数据包处理对系统信息年龄的影响以及该数据包成为无效数据包的概率，为新到达的数据包匹配最优的服务对象；
S4：服务需求检测：根据检测周期内是否有数据包产生判断单轮服务是否结束，若有新数据包到达，则返回步骤S2，否则进入步骤S5；
S5：输出调度结果：根据实际处理结果，输出单轮服务中无效数据包的个数、丢弃数据包的个数以及系统的平均信息年龄。


2.根据权利要求1所述的边缘协作方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括以下步骤：
S21：当新的数据包在检测周期内到达时，系统内的边缘服务器根据实际情况反馈其空闲/忙碌状态，若边缘服务器处于忙碌状态，其将在下一个检测周期到达时，重新发送状态信息；
S22：空闲边缘服务器结合信道状态回传当下的服务能力。


3.根据权利要求1所述的边缘协作方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括以下步骤：
S31：根据边缘服务器空闲状态集合，初步判断数据包是否直接丢弃，即若所有边缘服务器均处于忙碌状态，则丢弃该数据包，将该数据包记作丢弃数据包；
S32：对比待处理数据包的最优处理速率与边缘服务器服务能力，进行服务模式分流，具体分为单一服务器调度和多服务器调度；
S33：根据分流模式对数据包进行处理，若最优边缘服务器服务能力大于待处理数据包的最优处理速率，则属于单一服务器调度，此时调度处理数据包带来信息年龄最小的边缘服务器为所有数据包服务；
S34：若最优边缘服务器服务能力小于待处理数据包的最优速率，则属于多服务器调度，即下一个数据包达时，必定有边缘服务器处于忙碌状态，根据数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王汝言，钟艾玲，李职杜，吴大鹏，张鸿，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50