[发明专利]一种基于能量收集技术的联合计算卸载方法及装置

权利要求书

1.一种基于能量收集技术的联合计算卸载方法，其特征在于，包括：

步骤S1：在每个预设时间片开始时，收集边缘服务器的实时信息和所有移动终端的实时信息，其中，移动终端的实时信息包括收集的能量、计算任务到达情况和移动终端的位置；

步骤S2：根据收集的能量、计算任务到达情况和移动终端的位置，构建每个移动终端的虚拟能量队列；

步骤S3：构建任务执行成本模型、终端能耗模型和能量收集模型；

步骤S4：根据边缘服务器的实时信息、所有移动终端的实时信息以及构建的任务执行成本模型、终端能耗模型和能量收集模型，构建李雅普诺夫漂移加惩罚函数，根据李雅普诺夫漂移加惩罚函数，获得目标函数；

步骤S5：将虚拟能量队列作为需要稳定的队列，通过最小化目标函数，求解当前时间片内的计算卸载决策，其中，计算卸载决策用以表征移动终端产生的计算任务的执行方式；

在步骤S5之后，所述方法还包括：

步骤S6：基于目标函数，针对不同的计算卸载决策进行资源分配；

其中，步骤S4具体包括：

步骤S4.1：构建李雅普诺夫函数，具体如式(6)所示：

其中，U表示移动终端的集合；

步骤S4.2：构建李雅普诺夫漂移函数，具体如式(7)所示：

其中，表示求期望；

步骤S4.3：构建李雅普诺夫漂移加惩罚函数，具体如式(8)所示：

其中，V表示惩罚因子，N表示移动终端集合中元素的个数；

步骤S4.4：根据李雅普诺夫漂移加惩罚函数的形式，得到其函数的上界，具体公式为：

其中，C为常数，表示第i个移动终端在t时间片内的消耗的能量；

步骤S4.5：根据李雅普诺夫漂移加惩罚函数，获得目标函数

其中，表示第i个移动终端在t时间片的虚拟能量队列，表示第i个移动终端在t时间片内的收集到的能量，表示第i个移动终端在t时间片的执行成本，是漂移加惩罚函数中执行成本的加权系数，I^t,f^t,w^t分别表示移动终端在t时间片内的计算模式、CPU频率和带宽大小，分别表示第i个移动终端在t时间片内的计算模式、CPU频率和带宽大小。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：

步骤S2.1：根据移动终端的计算任务到达情况和移动终端的位置，计算出每个预设时间片内移动终端消耗的能量；

步骤S2.2：根据每个预设时间片内收集的能量和移动终端耗的能量，求出下个时间片移动终端的剩余能量，其中，移动终端剩余能量的计算公式如下：

其中，表示第i个移动终端在t时间片内的剩余能量，表示第i个移动终端在t+1时间片内的剩余能量，表示收集到的能量；

步骤S2.3：根据每个移动终端的剩余能量，构建虚拟能量队列，其中，移动终端的虚拟能量队列表示为：

其中，表示第i个移动终端在t时间片的虚拟能量队列，θ_i为移动终端的扰动参数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，

单个用户的任务执行成本模型计算方式如式(3)所示：

其中，表示在t时间片内第i个移动终端产生计算任务的执行延迟，包括计算任务在移动终端执行或被卸载到边缘服务器上执行的执行延迟，I^t,f^t,w^t分别表示移动终端在t时间片内的计算模式、CPU频率和带宽大小，ψ表示任务被抛弃时的惩罚延迟，和分别表示t时间片内第i个移动终端产生了计算任务和计算任务被抛弃了；

终端能耗模型用以表示移动终端和边缘服务器在每个时间片所消耗的能量，计算方式如下：

其中，和分别表示计算任务在移动终端时和计算任务被卸载到边缘服务器执行时的能耗，和分别表示任务在移动终端执行和任务被卸载到边缘服务器执行；

(3)能量收集模型如式(5)所示：

其中，表示在单个时间片内收集到的最大能量，移动终端每个时间片实际收集到的能量平均分布在0到之间，并且每个时间片收集到的能量是相互独立的。