一种无线前传网络多级边缘计算的低时延方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种无线前传网络多级边缘计算的低时延方法与系统，属于无线通信技术领域。本发明专利技术对云端资源池、多级边缘移动服务器、小区用户设备之间的无线前传网络边缘计算场景，收集各个用户设备发送的任务量、数据大小、所需的计算资源。利用多级边缘服务器之间的无线传输和小区基站到资源池的前传网络架构，计算每个任务在底层拆分再在顶层聚合时所耗费的时间和能量，并建立多级时延优化模型，以全网络中计算任务的完成时延最小为优化目标，以计算资源、消耗能量为约束，确定任务在每层服务器的卸载比例，获取传输时延最优和网络负载均衡的资源分配方案。本发明专利技术降低了小区系统内用户任务计算及传输的总时延，提高了前传网络对用户的服务性能。对用户的服务性能。对用户的服务性能。

【技术实现步骤摘要】
一种无线前传网络多级边缘计算的低时延方法与系统


[0001]本专利技术属于无线通信
，具体涉及一种无线前传网络多级边缘计算的低时延方法与系统。

技术介绍

[0002]随着物联网的兴起，无线接入设备得到了迅猛地发展，随之而来的传输数据量也得到了爆炸式增长，传统上，云计算作为一种集中式模式，可以由资源池的大量服务器支持大量计算请求，即数据服务中心的强大计算能力来解决此类数据突增问题，然而在用户大量访问获取资源时会发生网络拥堵和网络内容传输阻塞的情况。
[0003]为了解决云计算的困境，欧洲电信标准协会在2014年提出了移动边缘计算(Mobile Edge Computing，MEC)架构，即在无线接入网侧通过将包含传输、计算、缓存等在内的多维资源进行融合为移动设备提供信息技术和云计算能力。由于云计算的高度集成和快速发展，4G和LTE网络的基带处理单元(Building Base band Unite,BBU)、射频拉远单元(Remote Radio Head,RRU)两级架构演进至5G通信网络下的集中单元(Centralized Unit,CU)、的三级架构，而5G通信中的无线前传网络包含了无线链路网和工作在AAU和DU(分布单元)之间的前传网络(Fronthaul)架构。
[0004]现阶段大多数工程仅考虑通过无线链路直接与用户设备通信，研究者考虑到前传网络中CU/DU池中的计算资源丰富，可以作为远程资源池，但是CU/DU池与用户距离比较远，时刻承担着网络拥塞及通信链路故障的风险，所以让AAU具有计算能力且将任务卸载上去执行是一个趋势。此外即使由于计算资源的接近，边缘服务器能够提供低延迟和高效的数据处理，而无线前传网络的带宽是有限的并且边缘服务器的计算能力也是有限的，导致用户设备到远程资源池的数据传输出现较高的时间延迟，降低用户的客户体验甚至造成数据损失，能够搭建云端资源池、多级边缘移动服务器、小区用户设备的网络架构就显得很有必要。
[0005]多层边缘服务器网络带来了许多挑战。首先，由于用户设备请求的任务本身具有耦合性，卸载的任务块之间彼此关联，需要在顶层聚合之后回传给用户，所以每个任务的数据可以由不同层上的边缘服务器进行分割和部分处理，对卸载比例的决策是很大的挑战。第二，需要联合考虑多层边缘服务器的任务分配、计算和传输资源分配问题。最后制定合理的约束条件在保证传输效率的同时评估网络的健壮性。

技术实现思路

[0006]本专利技术为了克服现有技术的不足，提供了一种无线前传网络多级边缘计算的低时延方法及系统。通过搭建云端资源池、多级边缘移动服务器、小区用户设备的多级架构，实现当用户设备在通信网络边缘生成计算任务时，它们可以先选择将任务卸载到附近的边缘服务器，而不是远程资源池。然后将在下层边缘服务器无法处理的计算任务继续卸载到上层边缘服务器，直至通过前传网络卸载到顶层的数据资源池。从而充分利用多层边缘服务
器和云计算中心的算力，有效减少系统时延，提高网络资源利用率。
[0007]一方面，本专利技术提供了一种无线前传网络多级边缘计算的低时延系统，该系统适用于无线前传网络多级边缘计算的低时延场景，其包括云端资源池、多级边缘移动服务器、小区用户设备；
[0008]其中，多级边缘移动服务器中低层边缘移动服务器构建在距离小区用户设备指定距离范围内，最上层级边缘服务器构建在小区基站里，在无线前传网络中，小区基站由有源天线单元AAU承担，使其具有计算能力并且能将用户任务卸载上去；
[0009]当小区用户设备在通信网络边缘生成计算任务时，从底层到高层的顺序，逐层将计算任务卸载到各级边缘移动服务器，即将超出下层边缘服务器的计算资源的计算任务卸载到上一层的边缘服务器，直至通过前传网络卸载到云端资源池；
[0010]云端资源池用于承担多级边缘服务器无法处理的计算任务，优选前传网络中计算资源丰富的CU/DU池；
[0011]优选的，小区用户设备包括但不限于：电脑、手机、智能手表等。
[0012]另一方面，本专利技术还提供一种无线前传网络多级边缘计算的低时延方法，该方法包括以下步骤：
[0013]步骤1，在基于云端资源池、多级边缘移动服务器和小区用户设备的无线前传网络边缘计算场景中，采集各个小区用户设备发送的计算任务的任务量、数据大小和所需的计算资源；
[0014]步骤2，利用多级边缘服务器之间的无线传输和小区基站到云端资源池的前传网络架构，计算每个计算任务在底层拆分再在顶层聚合时所耗费的时间和能量，即将计算任务的实际时延包括：拆分后的计算任务在各层的计算时间，以及各层将完成计算的数据和待计算的数据一并传输给上一层所需的传输时间；
[0015]步骤3，基于拆分后的计算任务在各层的实际时延建立多级时延优化模型，所述多级时延优化模型以全网络中计算任务的完成时延最小为优化目标；
[0016]并在基于计算资源和消耗能量的约束条件下对多级时延优化模型进行优化求解，确定计算任务在每层的卸载比例，得到实现传输时延最优化和网络负载均衡的资源分配方案。
[0017]本专利技术提供的技术方案至少带来如下有益效果：
[0018](1)本专利技术可应用于一切密集型边缘和云端相结合的异构网络架构，同时处理数据依赖型聚合的常见情况，该情况下请求的任务本身具有耦合性，需要在顶层聚合之后回传给用户。本专利技术综合了任务的拆分比例、传输资源分配、计算资源分配问题，使得在下层边缘服务器无法处理的计算任务可以继续卸载到上层边缘服务器，直至云计算中心，从而可以有效避免网络阻塞和数据堆积,充分利用各个服务器的优势和云计算中心的算力，有效降低了小区任务的总时延，提高了整个网络系统的服务质量。
[0019](2)本专利技术具有较强的可扩展性。网络鲁棒性主要指网络在异常或拥堵状态下处理数据的能力，用户设备可以在完成上一个任务自己的部分后开始处理新到达任务，无需等待上一个任务完全传输到资源池被处理。因此当合理添加层数时，服务器的增加会带来更多的可用资源，使网络更加健壮。
附图说明
[0020]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0021]图1是本专利技术实施例中，无线前传网络多级边缘计算场景系统示意图；
[0022]图2是本专利技术实施例中，是移动用户设备请求任务在多级边缘计算执行示意图；
[0023]图3是本专利技术实施例中，用户设备层与边缘设备相邻两层间的数据处理与传输示意图；
[0024]图4是本专利技术实施例提供的一种无线前传网络多级边缘计算的低时延方法的处理流程图。
具体实施方式
[0025]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0026]本专利技术公开了一种无线前传网络多级边缘计算低本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无线前传网络多级边缘计算的低时延系统，其特征在于，所述低时延系统适用于无线前传网络多级边缘计算的低时延场景，其包括云端资源池、多级边缘移动服务器和小区用户设备；其中，多级边缘移动服务器中低层边缘移动服务器构建在距离小区用户设备指定距离范围内，最上层级边缘服务器构建在小区基站里，在无线前传网络中，小区基站由有源天线单元承担，使其具有计算能力并且能将用户的计算任务卸载上去；当小区用户设备在通信网络边缘生成计算任务时，从底层到高层的顺序，逐层将计算任务卸载到各级边缘移动服务器，即将超出下层边缘服务器的计算资源的计算任务卸载到上一层的边缘服务器，直至通过前传网络卸载到云端资源池；云端资源池用于承担多级边缘服务器无法处理的计算任务。2.如权利要求1所述的低时延系统，其特征在于，云端资源池采用前传网络中的集中单元CU/分布单元DU池。3.一种无线前传网络多级边缘计算的低时延方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在基于云端资源池、多级边缘移动服务器和小区用户设备的无线前传网络边缘计算场景中，采集各个小区用户设备发送的计算任务的任务量、数据大小和所需的计算资源；步骤2，利用多级边缘服务器之间的无线传输和小区基站到云端资源池的前传网络架构，计算每个计算任务在底层拆分再在顶层聚合时所耗费的计算时间和计算能量，即将计算任务的实际时延包括：拆分后的计算任务在各层的计算时间，以及各层将完成计算的数据和待计算的数据一并传输给上一层所需的传输时间；步骤3，基于拆分后的计算任务在各层的实际时延建立多级时延优化模型，所述多级时延优化模型以全网络中计算任务的完成时延最小为优化目标；并在基于计算资源和消耗能量的约束条件下对多级时延优化模型进行优化求解，确定计算任务在每层的卸载比例，得到实现传输时延最优化和网络负载均衡的资源分配方案。4.如权利要求3所述的低时延方法，其特征在于，所述多级边缘服务器包括两级，一级边缘服务器构建在距离小区用户设备指定距离范围内，二级边缘服务器构建在小区基站里。5.如权利要求4所述的低时延方法，其特征在于，步骤2具体为：步骤201，构造计算任务在各层的卸载比例，对任意第k个小区用户设备的计算任务，其在各层的卸载比例向量α
k
表征为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张崇富，赵思琳，彭洁，迟锋，张颖，许渤，邱昆，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：