资源受限移动边缘计算任务拆分卸载调度决策

研究带有计算访问点的多用户移动边缘计算环境中的多任务调度与卸载决策问题。为了降低移动设备端的能耗,并确保用户任务的延时需求,提出一种基于博弈论的任务卸载决策算法。为了求解博弈模型,将卸载博弈模型转换为势博弈模型,进而证明博弈存在纳什均衡解,并设计一种基于有限改进性质的分布式博弈方法寻找该纳什均衡解。实验结果证明,在不同的起始策略组合条件下,该博弈算法可以得到相对于对比算法更接近于理论最优解的系统总体最优代价。     

基于深度强化学习的多用户边缘计算任务卸载调度与资源分配算法

移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)把计算和存储等资源部署在网络边缘以满足某些对延迟要求苛刻的应用.用户设备可以通过无线网络将计算任务整体或者部分卸载到边缘服务器执行从而降低延迟和本地耗能,进而获得良好的用户体验.现有传统优化算法在MEC卸载决策和资源分配方面是可行的,但传统优化算法并不很...     

多智能体边缘计算任务卸载

边缘计算技术的发展为计算密集型业务提供了一种全新的选择,低能耗、低时延、实时处理等词语不断被提及,任务卸载引起了众多学者的注意.任务在本地执行还是卸载到服务器上执行,以及卸载到哪一台服务器上执行成为必须要解决的问题.在多智能体环境中提出一种新的目标函数,并构建数学模型;建立马尔可夫决策过程,定义动作、状态空间以及奖励函...     

边缘计算中任务卸载研究综述

近年来,随着移动智能设备的普及以及5G等无线通信技术的发展,边缘计算作为一种新兴的计算模式被提出,作为传统的云计算模式的扩展与补充.边缘计算的基本思想是将移动设备上产生的计算任务从卸载到云端转变为卸载到网络边缘端,从而满足实时在线游戏、增强现实等计算密集型应用对低延迟的要求.边缘计算中的计算任务卸载是一个关键的研究问题...     

移动边缘计算中资源受限的串行任务卸载策略

云计算和移动互联网的不断融合,促进了移动云计算的产生和发展,但是其难以满足终端应用对带宽和延迟的需求.移动边缘计算在靠近用户的网络边缘提供计算和存储能力,通过计算卸载,将终端任务迁移至边缘服务器上面执行,能够有效降低应用延迟和节约终端能耗.然而,目前针对移动边缘环境任务卸载的主要工作大多考虑单个移动终端和边缘服务器资源无限的场景,这在实际应用中存在一定的局限性.因此,针对边缘服务器资源受限下的任务卸载问题,提出了一种面向多用户的串行任务动态卸载策略(multi-user serial task dynamic offloading strategy,简称MSTDOS).该策略以应用的完成时间和移动终端的能量消耗作为评价指标,遵循先来先服务的原则,采用化学反应优化算法求解,充分考虑多用户请求对服务器资源的竞争关系,动态调整选择策略,为应用做出近似最优的卸载决策.仿真结果表明,MSTDOS策略比已有算法能够取得更好的应用性能.     

车辆边缘计算环境下任务卸载研究综述

计算密集和延迟敏感型车辆应用的出现对车辆设备有限的计算能力提出了严峻的挑战,将任务卸载到传统的云平台会有较大的传输延迟,而移动边缘计算专注于将计算资源转移到网络的边缘,为移动设备提供高性能、低延迟的服务,因此可作为处理计算密集和延迟敏感的任务的一种有效方法.同时,鉴于城市地区拥有大量智能网联车辆,将闲置的车辆计算资源充分利用起来可以提供巨大的资源和价值,因此在车联网场景下,结合移动边缘计算产生了新的计算模式——车辆边缘计算.近年来,智能网联车辆数量的增长和新兴车辆应用的出现促进了对车辆边缘计算环境下任务卸载的研究,本文对现有车辆边缘计算环境下任务卸载研究进展进行综述,首先,从计算模型、任务模型和通信模型三个方面对系统模型进行梳理、比较和分析.然后介绍了最小化卸载延迟、最小化能量消耗和应用结果质量三种常见的优化目标,并按照集中式和分布式两种不同的决策方式对现有的研究进行了详细的归类和比较.此外,本文还介绍了几种常用的实验工具,包括SUMO、Veins和VeinsLTE.最后,本文围绕卸载决策算法复杂度、安全与隐私保护和车辆移动性等方面对车辆边缘计算任务卸载目前面临的挑战进行了总结,并展望了车辆边缘计算环境下任务卸载未来的发展方向与前景.     

移动边缘计算中资源受限的串行任务卸载策略

边缘计算通过在靠近用户的网络边缘侧部署计算和存储资源,使用户可将高延迟、高耗能应用程序卸载到网络边缘侧执行,从而降低应用延迟和本地能耗. 已有的卸载研究通常假设卸载的任务之间相互独立,且边缘服务器缓存有执行任务所需的所有服务. 然而,在真实场景中,任务之间往往存在依赖关系,且边缘服务器因其有限的存储资源只能缓存有限的服务. 为此,提出一种在边缘服务器计算资源和服务缓存有限的约束下,权衡时延和能耗（即成本）的依赖性任务卸载方法. 首先,松弛研究问题中的约束将其转换为凸优化问题;采用凸优化工具求最优解,并用解计算卸载任务的优先级. 然后,按照优先级将任务卸载到成本最小的边缘服务器,若多个依赖任务卸载到不同的边缘服务器,为了使总成本最小,则采用改进粒子群算法求解边缘服务器的最佳传输功率. 最后,为了验证所提方法的有效性,基于真实数据集进行了充分的实验. 实验结果表明,所提方法与其他方法相比能够降低总成本8%~23%.

     

移动边缘计算中基于深度强化学习的计算卸载调度方法

针对移动边缘计算中具有依赖关系的任务的卸载决策问题,提出一种基于深度强化学习的任务卸载调度方法,以最小化应用程序的执行时间。任务调度的过程被描述为一个马尔可夫决策过程,其调度策略由所提出的序列到序列深度神经网络表示,并通过近端策略优化(proximal policy optimization)方法进行训练。仿真实验表明,所提出的算法具有良好的收敛能力,并且在不同环境下的表现均优于所对比的六个基线算法,证明了该方法的有效性和可靠性。     

移动边缘计算任务卸载和基站关联协同决策问题研究

为了缩小IoT应用的服务质量要求与IoT设备有限的计算资源之间的差距,提高设备与基站能源利用率,设计了基于超密集网络的移动边缘计算框架COMED,提出了一个结合任务卸载、设备-基站关联以及基站睡眠调度的在线优化问题,旨在最小化设备和基站的整体能量消耗,同时满足IoT应用的服务质量要求.针对这一在线优化问题,提出了一个基于李雅普诺夫优化理论的任务调度算法JOSA,该算法只使用当前时间片的系统信息进行调度.仿真实验证明了COMED框架具有良好的性能：1)与设备本地处理相比,系统整体节能30%以上,与DualControl算法相比平均节能10%~50％;2)算法的执行时间与IoT设备数量呈近似线性的关系.     

面向边缘计算的组合拍卖式任务卸载机制

在万物互联的时代,数据量与计算需求飞速增长,促使应用部署方式由云计算模式向边缘计算模式演进,以解决带宽消耗严重和响应时延过高等问题。为推进面向边缘网络的任务卸载,需要解决应用服务提供商(ASP)与边缘计算提供商(ECP)之间的双向选择问题。针对这一问题,提出一种面向边缘计算的组合拍卖式任务卸载机制。首先建立系统模型,并对模型落地的关键问题进行说明,然后分析ECP的投标决策过程,证明选择最大化资源利用率的任务组合是NP完全问题,进而提出一种启发式任务选择算法。在此基础上,设计两种拍卖算法,单胜者拍卖和多胜者拍卖,分别适用于可信度优先和效率优先的场景。实验结果表明,相较于单项拍卖机制,所提出的方案提高ECP资源利用率达13%,同时增加ASP收益达37%。     

边缘计算中协作计算卸载与动态任务调度

在边缘计算场景中,通过将部分待执行任务卸载到边缘服务器执行能够达到降低移动设备的负载、提升移动应用性能和减少设备开销的目的.对于时延敏感任务,只有在截止期限内完成才具有实际意义.但是边缘服务器的资源往往有限,当同时接收来自多个设备的数据传输及处理任务时,可能造成任务长时间的排队等待,导致部分任务因超时而执行失败,因此无法兼顾多个设备的性能目标.鉴于此,在计算卸载的基础上优化边缘服务器端的任务调度顺序.一方面,将时延感知的任务调度建模为一个长期优化问题,并使用基于组合多臂赌博机的在线学习方法动态调整服务器的调度顺序.另一方面,由于不同的任务执行顺序会改变任务卸载性能提升程度,因而影响任务卸载决策的有效性.为了增加卸载策略的鲁棒性,采用了带有扰动回报的深度Q学习方法决定任务执行位置.仿真算例证明了该策略可在平衡多个用户目标的同时减少系统的整体开销.     

基于移动边缘计算的任务卸载优化

随着智慧物联体系的发展,物联网中应用程序的种类与数量不断增加.在移动边缘计算(mobile edge computing, MEC)中,通过允许移动用户将任务卸载至附近MEC服务器以加快移动应用程序的速度.本文通过考虑不同任务属性、用户的移动性和时间延迟约束模拟移动边缘场景.根据用户移动轨迹,将目标建模为寻找满足时延约束条件且在卸载过程中产生最小能耗MEC服务器优化模型,并提出一种最小能耗卸载算法求解该问题的最优解.仿真结果表明,在约束条件下,提出的算法可以找到在用户移动轨迹中产生最小能耗的MEC服务器,并显著降低任务卸载过程的能耗与时延,提高应用程序服务质量.     

基于能耗与延迟优化的移动边缘计算任务卸载模型及算法

随着移动边缘计算的兴起,如何处理边缘计算任务卸载成为研究热点问题之一。针对多任务-多边缘服务器的场景,本文首先提出一种基于能量延迟优化的移动边缘计算任务卸载模型,该模型考虑边缘设备的剩余电量,使用时延、能耗加权因子计算边缘设备的总开销,具有延长设备使用时间、减少任务卸载时延和能耗的优点。进一步提出一种基于改进遗传算法的移动边缘计算任务卸载算法,将求解最优卸载决策的问题转化为求解种群最优解的问题。对比仿真实验结果表明,本文提出的任务卸载模型和算法能够有效求解任务卸载问题,改进后的任务卸载算法求解更精确,能够避免局部最优解,利于寻找最优任务卸载决策。     

停车辅助的车辆边缘计算中的双重任务卸载设计

为解决车辆边缘计算(vehicular edge computing, VEC)中边缘服务器资源受限的问题,提出将路边停放车辆组织成停车簇,辅助实际部署的边缘服务器执行移动车辆产生的计算密集型任务。在此基础上设计双重任务卸载方案,即自上而下的任务分配以及停车簇内部任务分配,保证服务器尽量按时完成卸载的任务,最大限度地提高停放车辆的收益,降低停放车辆执行卸载任务的能耗开销。大量仿真结果表明,该任务调度策略的性能显著优于其它几种对比策略。     

具有边缘缓存机制的混合启发式任务卸载算法

边缘计算因其与用户物理距离短、响应速度快等特点,被认为是可以解决未来大规模网络计算资源不足等问题的关键技术之一。在多进多出的边缘计算环境下,通过将部分服务缓存到边缘节点可以降低用户请求任务的执行时间。但以往工作或假设边缘节点具有无限的缓存空间,或忽略当前缓存列表和缓存替换机制对任务卸载的影响,导致卸载决策失效或任务执行时间变长。面向具有缓存机制的边缘计算环境,提出一种基于整数编码的混合启发式任务卸载算法IPSO＿GA,将任务卸载问题建模为一个混合整数非线性规划问题。结合粒子群优化和遗传算法,使各粒子通过交配运算和变异运算不断寻优,在合理的时间复杂度内搜索任务卸载决策。实验结果表明,与随机算法、贪心算法、平均算法等经典算法和目前较新算法相比,IPSO＿GA算法在设备数量居中环境中的任务执行时间减少了58%～298%,能适用于设备数量多、计算密集的边缘计算环境。     

基于强化学习的移动边缘计算任务卸载方法

最佳卸载策略直接影响移动计算任务卸载的时延与能耗,因此提出基于强化学习方法的移动边缘计算任务卸载方法。首先对移动设备的计算任务卸载形式展开具体分析,并基于分析结果获取计算任务卸载能量消耗、发射功率、传输速率等相关参数值,以此建立移动边缘计算任务卸载模型。最后基于建立的卸载模型结合Q-Learning算法对计算任务实施强化学习,找出计算任务的最佳卸载策略,从而实现移动边缘计算任务的实时卸载。实验结果表明,使用强化学习方法开展移动边缘计算任务卸载时,卸载能耗低、时延小。     

基于SAC的多服务移动边缘计算中任务卸载和资源配置算法

多服务移动边缘计算网络环境中的不同服务的缓存要求、受欢迎程度、计算要求以及从用户传输到边缘服务器的数据量是随时间变化的。如何在资源有限的边缘服务器中调整总服务类型的缓存子集,并确定任务卸载目的地和资源分配决策,以获得最佳的系统整体性能是一个具有挑战性的问题。为了解决这一难题,首先将优化问题转换为马尔可夫决策过程,然后提出了一种基于软演员—评论家（soft actor-critic,SAC）的深度强化学习算法来同时确定服务缓存和任务卸载的离散决策以及上下带宽和计算资源的连续分配决策。算法采用了将多个连续动作输出转换为离散的动作选择的有效技巧,以应对连续—离散混合行动空间所带来的关键设计挑战,提高算法决策的准确性。此外,算法集成了一个高效的奖励函数,增加辅助奖励项来提高资源利用率。广泛的数值结果表明,与其他基线算法相比,提出的算法在有地减少任务的长期平均完成延迟的同时也具有良好的稳定性。     

移动边缘计算不确定性任务持续卸载及资源分配方法

移动边缘计算场景中任务的不确定性增加了任务卸载及资源分配的复杂性和难度.鉴于此,提出一种移动边缘计算不确定性任务持续卸载及资源分配方法.首先,构建一种移动边缘计算不确定性任务持续卸载模型,通过基于持续时间片划分的任务多批次处理技术应对任务的不确定性,并设计多设备计算资源协同机制提升对计算密集型任务的承载能力.其次,提出一种基于负载均衡的自适应策略选择算法,避免计算资源过度分配导致信道拥堵进而产生额外能耗.最后,基于泊松分布实现了对不确定任务场景模型的仿真,大量实验结果表明时间片长度减小能够降低系统总能耗.此外,所提算法能够更有效地实现任务卸载及资源分配,相较于对比算法,最大可降低能耗11.8%.     

移动边缘计算中带有缓存机制的任务卸载策略

为了满足延时敏感型应用执行的需求,实现移动设备的能耗优化,基于移动边缘计算环境提出一种融入缓存机制的任务卸载策略。与仅关注计算卸载决策不同,该策略可将已完成的重复请求任务及相关数据在边缘云上进行缓存,这样可以降低任务的卸载延时。将计算与存储能力受限的边缘云中的任务缓存与卸载优化决策问题分解为两个子优化问题进行求解。证明任务卸载子问题可转换为决策变量的凸最优化问题,而任务缓存子问题可转换为0-1整数规划问题。分别设计内点法和分支限界法对两个子问题进行求解,进而得到满足截止时间约束时能耗最优的卸载决策解。仿真算例证明了该策略在动态异构的任务执行环境下可以实现更好的能效优化。     

基于DDPG的边缘计算任务卸载和服务缓存算法

当计算任务被转移到移动边缘计算(MEC)服务器上时,通过服务缓存能够降低获取和初始化服务应用程序的实时时延和带宽成本.此外,体验质量是驱动卸载决策的关键因素,有效利用有限的计算资源能够提升用户满意度.考虑一个边缘服务器帮助移动用户执行一系列计算任务的场景,建立混合整数非线性规划问题,提出一种基于深度确定性策略梯度(DD...