一种基于移动边缘环境的任务执行方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种基于移动边缘环境的任务执行方法及系统，属于物联网领域，方法包括：根据无线移动终端设备与各移动边缘计算服务器上行链路的数据传输速率、任务的数据量、执行任务所需的中央处理器周期数、无线移动终端设备及各移动边缘计算服务器的计算性能、无线移动终端设备及各无线移动终端设备消耗的能量确定任务的执行开销；以网络系统能耗最小为目标建立任务卸载优化模型，并基于博弈理论及分布式并行任务卸载算法对任务卸载优化模型求解，得到任务卸载策略；根据任务卸载策略，选择通过无线移动终端设备执行任务或通过移动边缘计算服务器执行任务。本发明专利技术降低了任务的卸载开销，增强了无线移动终端设备的计算能力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于移动边缘环境的任务执行方法及系统


[0001]本专利技术涉及物联网领域，特别是涉及一种基于移动边缘环境的任务执行方法及系统。

技术介绍

[0002]随着物联网技术在移动通信领域的快速发展，极大地改善了人们日常生活的方式。物联网技术的迅猛发展标志着万物互联的时代已经来临，已引起社会各界的广泛关注。物联网也被认为是继计算机、互联网之后信息产业领域发展的第三次革命发展浪潮。未来物联网相关产业信息服务将具有实时性、大规模、海量智能终端接入、大量计算密集型任务、异构网络部署等特点。在物联网通信环境下，海量数据爆炸式增长所引起的处理和传输成为研究者们所面临的主要挑战。受移动终端设备自身计算资源和能量的约束，传统的技术手段已无法有效解决海量数据爆炸式增长所引起的网络性能下降的问题，以满足不同物联网场景下具体应用服务需求。
[0003]面向复杂网络环境下的海量数据，云计算(Cloud Computing，CC)技术的出现可以有效解决移动终端设备计算资源匮乏的问题。移动终端设备处任务可传输至CC服务器，由CC服务器辅助完成计算。然而，CC技术处理方式会造成数据传输时延，不利于物联网中时延敏感型应用，影响用户体验。为解决这一问题，考虑将CC技术处理方式拉近至网络边缘近移动终端设备处。这种技术称之为移动边缘计算(Mobile Edge Computing，MEC)技术，相应计算资源由移动边缘计算服务器(Mobile Edge Computing Server，MECS)提供。MEC技术可应用于物联网中解决移动终端设备计算资源匮乏、任务时延要求高等问题。采用MEC技术时，网络中无线移动终端需要依据所设计任务卸载策略，将自身计算任务卸载至MECS完成任务处理，改善数据处理所造成的时延。目前已有任务卸载策略存在计算复杂和任务开销过大问题，且缺少实际应用场景考虑，无法有效改善网络性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于移动边缘环境的任务执行方法及系统，可降低任务的卸载开销，增强无线移动终端设备的计算能力，改善数据处理时延。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0006]一种基于移动边缘环境的任务执行方法，包括：
[0007]获取各无线移动终端设备的发射功率、各无线移动终端设备将任务卸载至各移动边缘计算服务器时的信道增益、信道噪声功率、各无线移动终端设备的计算性能、各移动边缘计算服务器的计算性能、各无线移动终端设备工作时消耗的能量及各无线移动终端设备维持正常通信链路传输消耗的能量；
[0008]根据各无线移动终端设备的发射功率、各无线移动终端设备将任务卸载至各移动边缘计算服务器时的信道增益及所述信道噪声功率，计算各无线移动终端设备与各移动边缘计算服务器上行链路的数据传输速率；
[0009]针对任一无线移动终端设备的任务，根据所述无线移动终端设备与各移动边缘计算服务器上行链路的数据传输速率、所述任务的数据量、执行所述任务所需的中央处理器周期数、所述无线移动终端设备的计算性能、各移动边缘计算服务器的计算性能、所述无线移动终端设备工作时消耗的能量及各无线移动终端设备维持正常通信链路传输消耗的能量，确定所述任务的执行开销；所述任务的执行开销包括无线移动终端设备执行所述任务的开销及移动边缘计算服务器执行所述任务的开销；
[0010]根据各任务的执行开销，以网络系统能耗最小为目标，建立任务卸载优化模型，并基于博弈理论及分布式并行任务卸载算法对所述任务卸载优化模型求解，得到任务卸载策略；所述任务卸载策略包括各任务的执行主体；所述执行主体为无线移动终端设备或移动边缘计算服务器；
[0011]针对任一无线移动终端设备的任务，若所述任务的执行主体为无线移动终端设备，则通过对应的无线移动终端设备执行所述任务；若所述任务的执行主体为移动边缘计算服务器，则通过所述无线移动终端设备将所述任务卸载至对应的移动边缘计算服务器，并通过所述移动边缘计算服务器执行所述任务。
[0012]为实现上述目的，本专利技术还提供了如下方案：
[0013]一种基于移动边缘环境的任务执行系统，包括：基站、多个移动边缘计算服务器及多个无线移动终端设备；多个移动边缘计算服务器通过所述基站与多个无线移动终端设备通信；
[0014]各移动边缘计算服务器包括：
[0015]数据获取模块，用于获取各无线移动终端设备的发射功率、各无线移动终端设备将任务卸载至各移动边缘计算服务器时的信道增益、信道噪声功率、各无线移动终端设备的计算性能、各移动边缘计算服务器的计算性能、各无线移动终端设备工作时消耗的能量及各无线移动终端设备维持正常通信链路传输消耗的能量；
[0016]传输速率计算模块，与所述数据获取模块连接，用于根据各无线移动终端设备的发射功率、各无线移动终端设备将任务卸载至各移动边缘计算服务器时的信道增益及所述信道噪声功率，计算各无线移动终端设备与各移动边缘计算服务器上行链路的数据传输速率；
[0017]开销计算模块，分别与所述数据获取模块及所述传输速率计算模块连接，用于根据各无线移动终端设备与各移动边缘计算服务器上行链路的数据传输速率、所述任务的数据量、执行所述任务所需的中央处理器周期数、无线移动终端设备的计算性能、移动边缘计算服务器的计算性能、所述无线移动终端设备工作时消耗的能量及各无线移动终端设备维持正常通信链路传输消耗的能量，确定所述任务的执行开销；所述任务的执行开销包括无线移动终端设备执行所述任务的开销及移动边缘计算服务器执行所述任务的开销；
[0018]策略确定模块，与所述开销计算模块连接，用于根据各任务的执行开销，以网络系统能耗最小为目标，建立任务卸载优化模型，并基于博弈理论及分布式并行任务卸载算法对所述任务卸载优化模型求解，得到任务卸载策略；所述任务卸载策略包括各任务的执行主体；所述执行主体为无线移动终端设备或移动边缘计算服务器；
[0019]执行模块，与所述策略确定模块连接，用于在所述任务的执行主体为移动边缘计算服务器时，执行所述任务；
[0020]卸载模块，与所述策略确定模块连接，用于在所述任务的执行主体为无线移动终端设备时，向无线移动终端设备发送卸载指令；
[0021]所述无线移动终端设备用于根据所述卸载指令执行所述任务。
[0022]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0023]本专利技术以网络系统能耗最小为目标，建立任务卸载优化模型，并基于博弈理论及分布式并行任务卸载算法对任务卸载优化模型求解，确定任务卸载策略，将移动边缘计算技术、博弈论技术与无线网络相结合，增强了无线移动终端设备的计算能力，降低了采用云计算时所引起的数据传输时延，并且该方法易于实现、过程规范、方便操作，解决了无线网络中无线移动终端设备资源受限的问题。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于移动边缘环境的任务执行方法，其特征在于，所述基于移动边缘环境的任务执行方法包括：获取各无线移动终端设备的发射功率、各无线移动终端设备将任务卸载至各移动边缘计算服务器时的信道增益、信道噪声功率、各无线移动终端设备的计算性能、各移动边缘计算服务器的计算性能、各无线移动终端设备工作时消耗的能量及各无线移动终端设备维持正常通信链路传输消耗的能量；根据各无线移动终端设备的发射功率、各无线移动终端设备将任务卸载至各移动边缘计算服务器时的信道增益及所述信道噪声功率，计算各无线移动终端设备与各移动边缘计算服务器上行链路的数据传输速率；针对任一无线移动终端设备的任务，根据所述无线移动终端设备与各移动边缘计算服务器上行链路的数据传输速率、所述任务的数据量、执行所述任务所需的中央处理器周期数、所述无线移动终端设备的计算性能、各移动边缘计算服务器的计算性能、所述无线移动终端设备工作时消耗的能量及各无线移动终端设备维持正常通信链路传输消耗的能量，确定所述任务的执行开销；所述任务的执行开销包括无线移动终端设备执行所述任务的开销及移动边缘计算服务器执行所述任务的开销；根据各任务的执行开销，以网络系统能耗最小为目标，建立任务卸载优化模型，并基于博弈理论及分布式并行任务卸载算法对所述任务卸载优化模型求解，得到任务卸载策略；所述任务卸载策略包括各任务的执行主体；所述执行主体为无线移动终端设备或移动边缘计算服务器；针对任一无线移动终端设备的任务，若所述任务的执行主体为无线移动终端设备，则通过对应的无线移动终端设备执行所述任务；若所述任务的执行主体为移动边缘计算服务器，则通过所述无线移动终端设备将所述任务卸载至对应的移动边缘计算服务器，并通过所述移动边缘计算服务器执行所述任务。2.根据权利要求1所述的基于移动边缘环境的任务执行方法，其特征在于，采用以下公式，计算第i个无线移动终端设备与第j个移动边缘计算服务器上行链路的数据传输速率：其中，为第i个无线移动终端设备与第j个移动边缘计算服务器上行链路的数据传输速率，W为信道带宽，p
i
为第i个无线移动终端设备的发射功率，g
i,j
为第i个无线移动终端设备将任务卸载至第j个移动边缘计算服务器时的信道增益，I为通信干扰项，为信道噪声功率。3.根据权利要求1所述的基于移动边缘环境的任务执行方法，其特征在于，根据所述无线移动终端设备与各移动边缘计算服务器上行链路的数据传输速率、所述任务的数据量、执行所述任务所需的中央处理器周期数、所述无线移动终端设备的计算性能、各移动边缘计算服务器的计算性能、所述无线移动终端设备工作时消耗的能量及各无线移动终端设备维持正常通信链路传输消耗的能量，确定所述任务的卸载开销，具体包括：根据所述无线移动终端设备的计算性能及执行所述任务所需的中央处理器周期数，计算所述无线移动终端设备执行所述任务所需的时间；
根据所述无线移动终端设备工作时消耗的能量及执行所述任务所需的中央处理器周期数，计算所述无线移动终端设备执行所述任务所需的能耗；根据所述无线终端设备执行所述任务所需的时间及能耗，确定所述无线终端设备执行所述任务的开销；针对任一移动边缘计算服务器，根据所述移动边缘计算服务器的计算性能及执行所述任务所需的中央处理器周期数，计算所述移动边缘计算服务器执行所述任务所需的时间；根据所述任务的数据量及所述无线移动终端设备与所述移动边缘计算服务器上行链路的数据传输速率，计算将所述任务传输至所述移动边缘计算服务器所需的时间；根据将所述任务传输至所述移动边缘计算服务器所需的时间及所述无线移动终端设备维持正常通信链路传输所需消耗的能量，计算所述移动边缘计算服务器执行所述任务所需的能耗；根据所述移动边缘计算服务器执行所述任务所需的时间、将所述任务传输至所述移动边缘计算服务器的时间及所述移动边缘计算服务器执行所述任务所需的能耗，计算所述移动边缘计算服务器执行所述任务的开销。4.根据权利要求3所述的基于移动边缘环境的任务执行方法，其特征在于，采用以下公式计算第i个无线移动终端设备执行任务所需的时间：其中，为第i个无线移动终端设备执行任务所需的时间，n
i
为执行任务所需的中央处理器周期数，f
ilocal
为第i个无线移动终端设备的计算性能。5.根据权利要求3所述的基于移动边缘...

【专利技术属性】
技术研发人员：武贵路，徐平平，杨宜镇，姜丽莉，张苏横，
申请(专利权)人：南京正计通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：