[发明专利]一种基于服务器协作的联合资源分配与多元任务卸载方法

权利要求书

1.一种基于服务器协作的联合资源分配与多元任务卸载方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、建立多移动设备和多边缘服务器场景下的移动边缘计算系统模型；

步骤2、设计多边缘服务器协作模型；

步骤3、设计通信模型；

步骤4、设计计算模型；

步骤5、设计能耗模型；

步骤6、提出资源分配和多元任务协作卸载的联合优化问题模型以及目标函数；

步骤7、针对目标函数，结合遗传算法和深度强化学习算法设计联合资源分配和多元任务协作卸载方法，以在网络运营商可承受成本范围内追求用户最佳服务质量，并解决服务器过载问题和长期系统性能问题。

2.根据权利要求1所述的基于多边缘服务器协作的移动边缘计算系统中的联合资源分配与多元任务卸载方法，其特征在于，步骤1所述的多移动设备和多边缘服务器场景下的移动边缘计算系统模型，具体如下：

设定移动边缘计算系统由M个密集分布的微基站组成，微基站之间可以通过5G无线微波通信链路进行通信，并且每个基站都部署有为移动设备提供计算服务的边缘服务器；设定边缘服务器的计算性能(时钟频率)为f_i；设定移动边缘计算系统下的移动设备集合为每个移动设备都可以与其距离最近的微基站进行无线通信；

设定移动设备会产生G类计算密集型和超低延迟型的计算任务，任务t∈G的表示形式为k_t＝{d_t,c_t,β_t}，其中d_t定义为计算任务的数据规模(bits)，c_t定义为执行每bit任务数据所需要的CPU周期，β_t(∑_t∈Gβ_t＝1)定义为移动设备产生任务t的概率；为了更加贴合现实，设定时间被离散化成多个连续的时间段，并设定每个时间段内每个移动设备都会产生计算任务，例如在时间段内l移动设备u产生的任务定义为

3.根据权利要求2所述的基于多边缘服务器协作的移动边缘计算系统中的联合资源分配与多元任务卸载方法，其特征在于，步骤2所述的设计多边缘服务器协作模型，具体如下：

在移动边缘计算系统中，本发明设计一个二层协作计算卸载框架，第一层为移动设备至边缘服务器卸载，第二层为边缘服务器之间的协作卸载；

在第一层移动设备至边缘服务器卸载中，设定每个移动设备都可以将计算任务作为一个整体全部卸载到可以与之通信的微基站端的边缘服务器上；设定表示移动设备u与微基站i关联通信，否则因此本发明定义移动设备关联策略为由于每个移动设备在每个时间段内最多和一个微基站进行通信，所以关联策略满足约束

在第二层边缘服务器之间的协作卸载中，本发明设定每个任务可以被任意地划分成M份，并通过基站之间的微波通信分别传输到相应的M个微基站端的边缘服务器上；设定表示在时间段内l移动设备u产生的任务被传输到目标服务器i的数据规模，传输链路为与移动设备u关联的初始基站到目标基站i的最短通信路径；本发明设定每个边缘服务器都有一个任务队列，先到达的任务首先会被存储于任务队列，然后采用先来先服务机制调度执行；本发明设定多元任务卸载策略为其满足约束以保证移动设备u产生的任务被完全执行；

在多边缘服务器协作模型下，本发明解决的主要问题是在网络运营商的可承受代价内实现最佳的用户体验质量；本发明设定用户体验质量定义为每个时间段内的所有任务的平均完成时延，设定网络运营商的承受代价定义为所有边缘服务器的能耗以及第二层微基站之间数据运载的总体状态；第二层微基站之间的数据运载状态定义为每个时间段内被传输的数据总体规模，其与被划分的任务规模和最短通信路径相关，本发明将其定义为：

式中Hops(u,i)表示与移动设备u关联的初始基站到目标基站i的最短通信路径中的跳数；

本发明为解决主要问题，还需要量化移动边缘计算系统中的一些要素，包括移动设备至初始关联微基站的任务上传通信时延、微基站之间的任务传输时延、边缘服务器上的任务等待时延、边缘服务器上的任务计算时延、边缘服务器的计算能耗以及微基站之间的传输能耗。