[发明专利]边缘计算或雾计算环境下基于激励机制的微计算集群形成方法

说明书

本发明公开了一种边缘计算或雾计算环境下基于激励机制的微计算集群形成方法，通过收集和协作大量设备，实现计算和通信资源共享，以达到低延迟和高能效的移动任务执行。该发明首先引入一个有效的激励机制来促进设备之间的资源共享；然后利用联盟博弈，以促进设备之间互惠互利地协同执行任务。其中，为了防止损害资源丰富设备的协作意愿，提出的激励机制将设备分组为多个微计算集群，在每个微计算集群中，设备可以通过帮助其他设备计算或传输任务来交换互利行动，从而使所有任务的效益变得更高。本发明通过集中式和分布式算法设计微计算集群形成的解决方案，并且进一步证明算法的高效性以及在减少能量和时延开销方面的显著表现。

技术领域

本发明涉及深度学习、边缘计算以及分布式计算技术领域，具体涉及一种边缘计算或雾计算环境下基于激励机制的微计算集群形成方法。

背景技术

随着移动通信的空前发展技术(如5G)，预计数十亿设备将连接到互联网，运行各种各样的移动应用程序，这就造成了在设备端产生庞大的数据。处理这样的庞大的数据量，需要巨大的计算能力和能源供应。由于物理尺寸和电量限制，移动设备的计算能力和能源供应有限。为了减轻过多的计算和能源需求，任务卸载已被广泛认为是一种有效的任务处理方式。任务卸载的基本思想是将任务从资源和能源不足的移动设备迁移到具有足够资源和电量的计算节点。传统的解决方案是移动云计算，它将任务上传到强大的云端服务器进行处理，例如Amazon EC2。对具有中等延迟容忍度的移动应用程序，例如个人云存储服务，移动云计算是非常有效的计算迁移方式。但是，对于一些新兴的增强现实和在线互动游戏等应用，它们通常具有严格的时延要求(通常在数十毫秒之内)。但是，移动云计算的通信时延达到数百毫秒，远远超过了上述的时延需求。因此有效的方法是将任务卸载到靠近数据产生端的边缘设备或边缘服务器进行处理，达到有效的降低时延和节能。但是雾计算环境中的边缘设备众多，单个设备的处理能力有限，其中有效的方式是协同多个设备合作处理任务。但是其一，考虑到边缘设备的异构性，设备之间如何进行任务协同才能有效共享计算和通信资源，其二，如何进行协作设备的选择使得各个设备的任务执行达到互惠互利，考虑到每个设备协作其他设备进行任务执行是产生能耗开销的，因此需要有效的激励机制去促使设备实现互惠互利的任务执行。

为了解决云计算和设备异构等问题，一个更好的方法是将设备分为多个基于联盟博弈论的微计算集群，并提出一种有效的激励机制来促进微计算集群中的边缘设备互相卸载和协同执行任务。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种边缘计算或雾计算环境下基于激励机制的微计算集群形成方法，该方法基于激励机制，每个设备选择到的协作设备得到的任务执行开销不会比本地执行或者上传边缘服务器执行的开销高，即每个设备在协助其他设备执行任务的同时会获得来自其他设备有效益的任务协助。基于联盟博弈特性，设备形成微计算集群后不会再改变其协作设备选择结果，达到稳定的微计算集群结构。集群内设备进行任务协同达到共享通信和计算资源，实现低时延和低能源边缘系统的任务处理。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种边缘计算或雾计算环境下基于激励机制的微计算集群形成方法，所述的微计算集群形成方法包括：

S1、网络探测步骤，每个移动终端设备广播数据包探测附近可以与之建立D2D(Device-to-Device)连接的协作设备，并建立相应的协作设备偏好列表和任务执行模式列表；

S2、设备竞争步骤，未加入任何微计算集群的移动终端设备竞争成为探测微计算集群的发起设备，赢得竞争的发起设备将其身份标识存储在数据包MESG中，并向其最优协作设备发送数据包MESG；如果所有设备都已加入到任一微计算集群，则跳到步骤S5；

S3、微计算集群探测步骤，每个接收到数据包MESG的移动终端设备将其身份标识按序存储在数据包MESG中，并向其最优协作设备发送数据包MESG，当一个移动终端设备重复接收到数据包MESG，则该移动终端设备获知一个微计算集群，并将该微计算集群的信息广播给所有的设备；