基于原始对偶的边缘服务器功率控制方法技术

本发明专利技术公开了一种基于原始对偶的边缘服务器功率控制方法，根据边缘计算系统中边缘服务器和终端设备的信息获取备选信号覆盖区域集合，同时获取各个备选信号覆盖区域的信息，构建对偶规划问题并求解得到各个边缘服务器的信号覆盖区域，从而确定各个边缘服务器的功率。本发明专利技术通过对边缘服务器资源有限的应用场景设计原始对偶规划，从而实现边缘服务器的功率控制。率控制。率控制。

【技术实现步骤摘要】
基于原始对偶的边缘服务器功率控制方法


[0001]本专利技术属于边缘计算
，更为具体地讲，涉及一种基于原始对偶的边缘服务器功率控制方法。

技术介绍

[0002]随着万物互联时代的到来，线性增长的集中式云计算能力已无法匹配爆炸式增长的海量边缘数据，基于云计算模式的单一计算资源已不能满足数据处理的实时性、安全性和低能耗等需求，2014年移动边缘计算(mobile edge computing,MEC)应运而生。作为5G移动网络架构的重要组成部分，MEC将计算和资源下沉到网络边缘，以便用户获得更好的体验质量。MEC是一种新型的计算模式，从MEC的定义可以看出，它是云计算的补充，为移动计算、物联网等提供更好的计算平台。
[0003]在原有的集中式云计算模式下，终端设备(terminal device,TD)将其任务通过互联网传输到云中心进行处理。而在MEC被提出之后，TD的计算任务可以卸载到与其临近的拥有计算资源的边缘服务器(edge server,ES)中进行处理。在ES为TD提供计算卸载服务的过程中，信号覆盖、数据传输、任务执行等都会消耗能量。2010至2020十年间，互联网传输的数据量增长了十倍，用于数据传输的能量以同样的速度增长。所以对于如何减少数据传输过程中的能量消耗一直是学界的研究重点。
[0004]一般来说，在MEC环境下的TD与ES之间是通过无线通信技术进行数据传输的。这需要ES所形成的信号将TD覆盖，并在两者之间建立连接。由于信号的衰减性，一个ES要形成更大的信号覆盖范围需要为它提供更大的功率。但是在相同时间段，更大的功率会消耗更多的能量。如何在一个MEC环境中，在考虑ES有限资源的条件下，尽可能地减少ES用于信号覆盖的功率，并为所有TD提供计算卸载服务，是一个急需解决的问题。在这个过程当中，系统的管理决策应当包括：1)要为每一个ES设置的功率大小是多少；2)一个ES为哪些TD提供计算卸载服务。
[0005]然而，上述为容量限制ES进行功率控制的联合优化存在着巨大挑战，需要克服的问题如下：
[0006]1)在为每一个ES进行功率控制的过程中，必须考虑以最小化所有ES总功率为目标；系统中ES和TD两种设施都是分布在一个平面上；根据ES功率和它形成的信号覆盖区域半径的关系，ES形成的信号覆盖区域必须覆盖所有TD；这个问题可以抽象为一个几何集合覆盖问题，它是一个相当复杂的组合优化问题；
[0007]2)在模型构建中，必须充分考虑到每一个ES的计算资源是有限的，即某个ES能够服务的TD数量是有限的；这将进一步增加优化问题的复杂程度。
[0008]目前，所有的相关研究主要关注于ES之间信号干扰或关注服务质量(QoS)来进行功率控制，而忽视了MEC环境中各个设施之间的位置关系及ES的资源限制。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于原始对偶的边缘服务器功率控制方法，对边缘服务器资源有限的应用场景设计原始对偶规划，从而实现边缘服务器的功率控制。
[0010]为了实现上述专利技术目的，本专利技术基于原始对偶的边缘服务器功率控制方法包括以下步骤：
[0011]S1：记边缘计算系统中边缘服务器集合S＝{s1,s2,...,s
M
}，其中s
i
表示第i个边缘服务器，i＝1,2,
…
,M，M表示边缘服务器数量，并获取各个边缘服务器的资源容量k
i
；记边缘计算系统中终端设备集合U＝{u1,u2,...,u
N
}，其中u
j
表示第j个终端设备，j＝1,2,...,N，N表示终端设备数量；
[0012]S2：对于各个边缘服务器s
i
，记以该边缘服务器s
i
为圆心、终端设备u
j
为边界的信号覆盖区域为D
ij
，构建包含M
×
N个信号覆盖区域的信号覆盖区域集合同时根据各个边缘服务器s
i
和各个终端设备u
j
的位置坐标，计算得到各个信号覆盖区域D
ij
的半径R
ij
，根据预设方法计算得到边缘服务器s
i
为维持信号覆盖区域D
ij
所需的功率p
ij
；
[0013]S3：求解以下对偶规划问题[D]，得到各个边缘服务器的功率：
[0014][0015][0016][0017][0018][0019]其中，θ
h
、μ
i
、β
ij
、γ
h,ij
均为对偶规划变量，θ
h
表示边缘服务器覆盖终端设备u
h
可得到的报酬，μ
i
表示边缘服务器选择两个或以上信号覆盖区域的惩罚，均为0，φ
ij
表示位于信号覆盖区域D
ij
范围内的终端设备的集合，β
ij
表示当终端设备u
h
位于终端设备集合φ
ij
但是边缘服务器s
i
的资源不足以覆盖终端设备u
h
时终端设备u
h
所需支付代价，γ
h,ij
表示当终端设备u
h
位于终端设备集合φ
ij
且边缘服务器s
i
的资源足以覆盖终端设备u
h
时终端设备u
h
实际支付代价。
[0020]本专利技术基于原始对偶的边缘服务器功率控制方法，根据边缘计算系统中边缘服务器和终端设备的信息获取备选信号覆盖区域集合，同时获取各个备选信号覆盖区域的信息，构建对偶规划问题并求解得到各个边缘服务器的信号覆盖区域，从而确定各个边缘服务器的功率。本专利技术通过对边缘服务器资源有限的应用场景设计原始对偶规划，从而实现边缘服务器的功率控制。
附图说明
[0021]图1是本专利技术基于原始对偶的边缘服务器功率控制方法的具体实施方式流程图；
[0022]图2是本实施例中对偶规划求解的流程图；
[0023]图3是本实施例中边缘计算系统示意图。
具体实施方式
[0024]下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本专利技术。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本专利技术的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。
[0025]实施例
[0026]为了更好地说明本专利技术的技术方案，首先对本专利技术优化问题的推导过程进行简要说明。
[0027]记边缘计算系统中边缘服务器集合S＝{s1,s2,...,s
M
}，其中s
i
表示第i个边缘服务器，i＝1,2,...,M，M表示边缘服务器数量，记边缘计算系统中终端设备集合U＝{u1,u2,.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于原始对偶的边缘服务器功率控制方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：记边缘计算系统中边缘服务器集合S＝{s1,s2,...,s
M
}，其中s
i
表示第i个边缘服务器，i＝1,2,
…
,M，M表示边缘服务器数量，并获取各个边缘服务器的资源容量k
i
；记边缘计算系统中终端设备集合U＝{u1,u2,...,u
N
}，其中u
j
表示第n个终端设备，j＝1,2,
…
,N，N表示终端设备数量；S2：对于各个边缘服务器s
i
，记以该边缘服务器s
i
为圆心、终端设备u
j
为边界的信号覆盖区域为D
ij
，构建包含M
×
N个信号覆盖区域的信号覆盖区域集合同时根据各个边缘服务器s
i
和各个终端设备u
j
的位置坐标，计算得到各个信号覆盖区域D
ij
的半径R
ij
，根据预设方法计算得到边缘服务器s
i
为维持信号覆盖区域D
ij
所需的功率p
ij
；S3：求解以下对偶规划问题[D]，得到各个边缘服务器的功率：[D]：[D]：[D]：[D]：[D]：其中，θ
h
、μ
i
、β
ij
、γ
h,ij
均为对偶规划变量，θ
h
表示边缘服务器覆盖终端设备u
h
可得到的报酬，μ
i
表示边缘服务器选择两个或以上信号覆盖区域的惩罚，均为0，φ
ij
表示位于信号覆盖区域D
ij
范围内的终端设备的集合，β
ij
表示当终端设备u
h
位于终端设备集合φ
ij
但是边缘服务器s
i
的资源不足以覆盖终端设备u
h
时终端设备u
h
所需支付代价，γ
h,ij
表示当终端设备u
h
位于终端设备集合φ
ij
且边缘服务器s
i
的资源足以覆盖终端设备u
h
时终端设备u
h
实际支付代价。2.根据权利要求1所述的边缘服务器功率控制方法，其特征在于，所述步骤S3中对偶规划问题采用如下方法求解：S3.1：将所有对偶变量θ
h
、μ
i
、β
ij
、γ
h,ij
均初始化为0；S3.2：对于每个信号覆盖区域D
ij
，获取其覆盖范围包含的终端设备集合φ
ij
，初始化信号覆盖区域D
ij
对应的终端设备集合V
ij
＝φ
ij
，初始化未确定终端设备集合U
′
＝U；S3.3：对于当前未确定终端...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟东，张学杰，苏茜，张庆辉，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：