[发明专利]一种基于李雅普诺夫优化的多服务器计算卸载方法

说明书

本发明涉及一种基于李雅普诺夫优化多服务器计算卸载方法，具体包括：系统建模：多用户边缘计算系统由N个移动设备和M个小基站组成，所有移动设备都随机分布在这M个小基站共同的覆盖范围内，小基站的计算和通信资源受限，移动设备可以通过5G等无线通信技术与边缘服务器通信；构建计算模型，得到任务在本地计算和传输至边缘服务器所需的能耗和能耗，构建能量模型，得到能量队列；得到移动设备在单个时隙下的执行成本，构建移动设备平均执行成本最小化问题；通过李雅普诺夫方法消除能量因果约束，利用交替优化思想和拉格朗日对偶法得到计算卸载决策和资源分配策略的最优解。本发明不仅可以减少移动设备的执行成本，还能减少任务抛弃率。

一、技术领域

本发明涉及移动边缘计算领域，尤其涉及计算卸载，具体是一种基于李雅普诺夫优化的多服务器计算卸载方法。

二、背景技术

为了解决设备资源与应用需求不匹配的矛盾，研究者们提出了移动云计算的概念。移动云计算利用计算卸载技术，可以将移动设备的计算任务传输到云服务器处执行，这增强了移动设备的计算和存储能力。然而移动云计算并不能解决长时延与网络容量不足的问题，为了解决这两个问题，移动边缘计算应运而生。移动边缘计算不仅可以减少移动设备执行任务的时延与能耗，还可以将大部分网络流量限制在网络边缘，减少核心网络的流量，从而降低网络阻塞发生的概率。

计算卸载技术作为边缘计算的关键技术，可以帮助移动设备减少时延与能耗，但是移动设备的能量是有限的。能量获取技术作为一种比较理想的方案被引入到了边缘计算系统中，即给移动设备配置能量获取装置，来解决移动设备有限的能量满足不了新兴应用需求的问题。能量获取技术可以让移动设备随时随地获取能量，比较容易普及。

针对具有能量获取能力的多用户边缘计算系统的计算卸载问题的研究已经比较多了，但是研究具有能量获取能力的多用户多服务器边缘计算系统的计算卸载问题的论文还比较少。据我们所知，目前只有两篇论文研究具有能量获取能力的多用户多服务器边缘计算系统中的计算卸载问题。Zhao等人(Zhao H,Du W,Liu W,et al.Qoe aware and cellcapacity enhanced computation offloading for multi-server mobile edgecomputing systems with energy harvesting devices[C]//2018 IEEE SmartWorld,Ubiquitous IntelligenceComputing)研究单个小基站场景下的具有能量获取能力的多用户多服务器边缘计算系统的计算卸载问题，建模并构建了移动设备平均时延最小化问题，并提出基于李雅普诺夫优化和遗传算法的算法来得到最优CPU频率、传输功率和卸载决策，但是Zhao等人没有考虑多小基站场景和边缘服务器计算资源有限的情况。对此，Zhao等人更进一步(Zhao H,Deng S,Zhang C,et al.A mobility-aware cross-edgecomputation offloading framework for partitionable applications[C]//2019 IEEEInternational Conference on Web Services(ICWS).IEEE,2019:193-200.)，考虑了多小区边缘计算场景和边缘服务器计算资源有限的情况，建模多服务器协同计算卸载问题为移动设备平均时延最小化问题，然后提出基于李雅普诺夫优化和采样分类的算法来得出最优卸载决策、获取能量，但是Zhao等人没有考虑通信资源有限的情况以及计算卸载资源分配问题。以上论文都没有研究多个资源受限的小基站部署场景下的具有能量获取能力的多用户多服务器边缘计算系统的计算卸载问题。由于移动设备从外界获取到的能量具有随机性和间断性，而且本文的边缘计算系统也比较复杂，所以如何在多个资源受限的小基站密集部署场景下的多用户多服务器边缘计算系统对任务进行计算卸载是一个具有挑战性的问题。

三、发明内容

本发明的目的在于提出一种基于李雅普诺夫优化的多服务器技术卸载方法解决多个计算通信资源受限的小基站密集部署场景下的具有能量获取能力的多服务器边缘计算系统的计算卸载问题，减少移动设备的执行成本。