[发明专利]基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载方法及装置

说明书

本发明公开了基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载方法及装置，属于工业物联网边缘计算卸载策略优化领域，包括获取本地的运算时延、数据传输速率和任务卸载到中继的时延、任务转发到边缘服务器的时间和能量消耗以及边缘服务器中任务的处理时延、中继收集到的能量，基于上述参数，构建总时延最小化模型；然后通过基于逐次凸逼近的迭代算法对模型进行分析，得到在任务的截止时间、卸载策略和能量限制等约束下的最优卸载决策和功率分割比；将本地任务一部分卸载至中继和边缘服务器进行计算，减小了工业终端的负载压力，提高了网络资源的利用率。

技术领域

本发明涉及工业物联网边缘计算卸载策略优化领域，尤其是基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载方法及装置。

背景技术

随着第四代工业革命的快速发展，工业物联网对生产线任务的实时性和可靠性提出了更高的要求。现场设备通常配置专用处理器、传感器和执行器来完成单个任务，计算和通信资源非常有限。这就要求工业物联网借助边缘计算来提高网络的整体计算能力，降低工业终端的任务负载。通过计算卸载技术来实现任务迁移，以平衡网络的计算资源。但也存在一些问题，如边缘节点资源有限，用户与边缘节点距离过远等。为了充分利用网络资源，协作通信被认为是有效的解决方案之一。根据协同通信方案的设计，采用中继辅助的边缘计算系统，但电池供电的中继能量也有限。因此，本发明考虑采用无源中继同时引入能量收集技术，实现无线充电。为了充分利用有限的系统资源，应合理分配工业物联网有限的时空和频率资源，确定计算任务的最优卸载策略，具有重大的理论价值和现实意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载方法及装置，在满足任务的截止时间、卸载策略、能量限制等约束下得到最优的卸载策略和功率分割比。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载方法，其特征在于，所述边缘计算资源动态卸载系统包括：至少一个边缘服务器、至少一个协作中继和n个现场设备，其中，所述现场设备与协作中继通信，协作中继与边缘服务器通信，n为大于等于1；

所述边缘计算资源动态卸载方法包括：

通过获取现场设备端的运算时延、卸载到协作中继和边缘服务器的数据传输速率和任务卸载到中继的时延、协作中继将额外任务转发到边缘服务器的任务转发到边缘服务器的时间和能量消耗以及边缘服务器中任务的处理时延、协作中继收集现场设备通信信号中携带的能量，构建总时延最小化模型；

对总时延最小化模型进行逐次凸逼近的迭代算法，然后对其迭代后的结果进行分析，得到在任务的截止时间、卸载策略和能量限制等约束下的最优卸载决策和功率分割比。

本方法的进一步改进在于：还包括：当任务在协作中继端进行运算时，根据中继的主处理单元频率和处理卸载任务所需要的算力，得到中继运算卸载任务的时延和能耗；

所述现场设备端的运算时延具体为当任务在现场设备端进行运算时，根据现场设备的主处理单元的频率和任务所需要的算力，获得本地的运算时延；

所述卸载到协作中继和边缘服务器的数据传输速率和任务卸载到中继的时延具体为当任务需要卸载到协作中继和边缘服务器时，根据香农定理，获得数据传输速率和任务卸载到中继的时延；

所述协作中继将额外任务转发到边缘服务器的任务转发到边缘服务器的时间和能量消耗以及边缘服务器中任务的处理时延具体为当协作中继将额外任务转发到边缘服务器时，获得将任务转发到边缘服务器的时间和能量消耗以及边缘服务器中任务的处理时延；

所述协作中继收到现场设备的通信信号的中继收集到的能量具体为当协作中继收到现场设备的通信信号时，根据能量转换效率、功率分割比、现场设备的功率和信道增益，得到中继收集到的能量。