[发明专利]基于原始对偶的边缘服务器功率控制方法

说明书

本发明公开了一种基于原始对偶的边缘服务器功率控制方法，根据边缘计算系统中边缘服务器和终端设备的信息获取备选信号覆盖区域集合，同时获取各个备选信号覆盖区域的信息，构建对偶规划问题并求解得到各个边缘服务器的信号覆盖区域，从而确定各个边缘服务器的功率。本发明通过对边缘服务器资源有限的应用场景设计原始对偶规划，从而实现边缘服务器的功率控制。

技术领域

本发明属于边缘计算技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于原始对偶的边缘服务器功率控制方法。

背景技术

随着万物互联时代的到来，线性增长的集中式云计算能力已无法匹配爆炸式增长的海量边缘数据，基于云计算模式的单一计算资源已不能满足数据处理的实时性、安全性和低能耗等需求，2014年移动边缘计算(mobile edge computing,MEC)应运而生。作为5G移动网络架构的重要组成部分，MEC将计算和资源下沉到网络边缘，以便用户获得更好的体验质量。MEC是一种新型的计算模式，从MEC的定义可以看出，它是云计算的补充，为移动计算、物联网等提供更好的计算平台。

在原有的集中式云计算模式下，终端设备(terminal device,TD)将其任务通过互联网传输到云中心进行处理。而在MEC被提出之后，TD的计算任务可以卸载到与其临近的拥有计算资源的边缘服务器(edge server,ES)中进行处理。在ES为TD提供计算卸载服务的过程中，信号覆盖、数据传输、任务执行等都会消耗能量。2010至2020十年间，互联网传输的数据量增长了十倍，用于数据传输的能量以同样的速度增长。所以对于如何减少数据传输过程中的能量消耗一直是学界的研究重点。

一般来说，在MEC环境下的TD与ES之间是通过无线通信技术进行数据传输的。这需要ES所形成的信号将TD覆盖，并在两者之间建立连接。由于信号的衰减性，一个ES要形成更大的信号覆盖范围需要为它提供更大的功率。但是在相同时间段，更大的功率会消耗更多的能量。如何在一个MEC环境中，在考虑ES有限资源的条件下，尽可能地减少ES用于信号覆盖的功率，并为所有TD提供计算卸载服务，是一个急需解决的问题。在这个过程当中，系统的管理决策应当包括：1)要为每一个ES设置的功率大小是多少；2)一个ES为哪些TD提供计算卸载服务。

然而，上述为容量限制ES进行功率控制的联合优化存在着巨大挑战，需要克服的问题如下：

1)在为每一个ES进行功率控制的过程中，必须考虑以最小化所有ES总功率为目标；系统中ES和TD两种设施都是分布在一个平面上；根据ES功率和它形成的信号覆盖区域半径的关系，ES形成的信号覆盖区域必须覆盖所有TD；这个问题可以抽象为一个几何集合覆盖问题，它是一个相当复杂的组合优化问题；

2)在模型构建中，必须充分考虑到每一个ES的计算资源是有限的，即某个ES能够服务的TD数量是有限的；这将进一步增加优化问题的复杂程度。

目前，所有的相关研究主要关注于ES之间信号干扰或关注服务质量(QoS)来进行功率控制，而忽视了MEC环境中各个设施之间的位置关系及ES的资源限制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于原始对偶的边缘服务器功率控制方法，对边缘服务器资源有限的应用场景设计原始对偶规划，从而实现边缘服务器的功率控制。

为了实现上述发明目的，本发明基于原始对偶的边缘服务器功率控制方法包括以下步骤：

S1：记边缘计算系统中边缘服务器集合S＝{s₁,s₂,...,s_M}，其中s_i表示第i个边缘服务器，i＝1,2,…,M，M表示边缘服务器数量，并获取各个边缘服务器的资源容量k_i；记边缘计算系统中终端设备集合U＝{u₁,u₂,...,u_N}，其中u_j表示第j个终端设备，j＝1,2,...,N，N表示终端设备数量；