[发明专利]一种基于在线激励的边缘计算合作计算资源分配方法

说明书

本发明公开了一种基于在线激励的边缘计算合作计算资源分配方法，该方法包括以下步骤：建立任务合作计算模型；建立主边缘计算服务器与任务执行者之间的拍卖模型；建立买方的效用模型和卖方的效用模型，从而建立系统的效用模型；结合任务合作计算模型，构建了系统效用最大化问题；任务到达主边缘计算服务器，主边缘计算服务器向拍卖商提供投标；拍卖商得到投标信息后，以最大化系统效用为目标决定任务的最优分配方案；确定中标者的支付价格；以最优资源分配方案计算任务。本发明基于激励机制的边缘计算合作计算资源分配方法，通过与随机、贪婪、对偶方法比较，提高了系统效用并减少服务延迟。

技术领域

本发明涉及边缘计算、分布式计算以及无线通信技术领域，具体涉及面向工业物联网的一种基于在线激励的边缘计算合作计算资源分配方法。

背景技术

随着无线移动通信技术(5G)和工业物联网的发展，工业物联网设备(如工业监控设备，工业自动化设备，机器人，传感器，执行器和终端设备)连接到工业网络的数量呈指数式增加，在各种应用程序驱动下完成工业任务。这些应用程序大多是时延敏感、计算密集型任务，需要满足其低时延需求。边缘计算靠近终端设备，能够提供低延迟，节能和安全服务，解决了传统云计算的物联网架构中传输延迟，网络拥塞等问题。然而，将计算任务都卸载到边缘计算服务器上，单个边缘计算服务器处理能力有限并且忽略了众多工业物联网设备以及相邻边缘计算服务器的计算资源，带来了资源的浪费。其中有效的解决方案是具有可用资源的边缘计算服务器(包括相邻边缘计算服务器)和边缘计算系统下终端设备协同处理任务，由于相邻的边缘服务器和终端设备执行任务过程中的能源消耗，需要有效的激励驱动方案去促使相邻边缘服务器和终端设备在能效最优条件下，进行共享计算资源合作计算任务。

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，提供一种基于在线激励的边缘计算合作计算资源分配方法。该方法基于在线激励机制，使相邻边缘服务器和工业物联网终端设备以计算速度最快、能效最优为目标，积极共享计算资源进行合作计算任务。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：在边缘计算工业物联网模型下，一种基于在线激励的边缘计算合作计算资源分配方法，包括以下步骤：

S1.基于边缘计算工业物联网模型，建立任务合作计算模型，任务合作计算模型利用三种合作计算任务分配方式协同执行任务，三种合作计算任务分配方式的执行者包括主边缘计算服务器，相邻边缘计算服务器和设备集群，其中，主边缘计算服务器为用于汇总所有待处理任务的边缘计算服务器，

所述基于边缘计算工业物联网模型表示为：一组边缘计算服务器M＝{1，2，…M}和工业物联网终端设备N＝{1，2，…N}。每个边缘计算服务器j∈M可以作为主边缘计算服务器接收其覆盖范围下工业物联网终端设备的任务请求，也可以通过相邻边缘计算服务器接收其它工业物联网终端设备的任务请求。当边缘计算服务器j∈M作为多个工业物联网终端设备的主边缘计算服务器时，使用G_j＝{1，2，…G_j}，表示选择第j个边缘计算服务器作为主边缘计算服务器的一组工业物联网终端设备集合。相邻的边缘计算服务器集合表示为Q_j＝{1，2，…Q_j}，Q_j∈M，第j个边缘计算服务器作为主边缘计算服务器下的工业物联网终端设备通过聚类形成多个集群，设备集群表示为H_j＝{H₁，H₂，…H_j}；

S2.利用任务合作计算模型，建立主边缘计算服务器与合作计算任务分配方式的执行者之间的在线拍卖模型，其中，合作计算任务分配方式的执行者包括主边缘计算服务器、相邻边缘计算服务器以及设备集群，主边缘计算服务器为买方，合作计算任务分配方式的执行者为卖方，可信的第三方机构为拍卖商，其中，可信的第三方机构为位于边缘计算服务器的智能代理，负责交易过程和在线决策，交易过程和在线决策包括执行模式的选择和价格的确定；

S3.基于在线拍卖模型，建立买方所获得的效用模型和卖方所获得的效用模型，从而建立系统的效用模型；