面向移动边缘计算网络的高能效计算卸载算法

移动边缘计算（mobile edge computing,MEC）是一种高效的技术,通过将计算密集型任务从移动设备卸载到边缘服务器,使终端用户实现高带宽、低时延的目标.移动边缘计算环境下的计算卸载在减轻用户负载和增强终端计算能力等方面发挥着重要作用.考虑了服务缓存,提出一种云-边-端协同的计算卸载框架,在该框架中引入D2D （device-to-device,D2D）通信和机会网络.基于建立的模型,将计算卸载决策问题转化为一个混合整数非线性规划问题,并对无线特性和移动用户之间的非合作博弈交互制定了一个迭代机制来共同确定计算卸载方案.对提出的计算卸载算法从理论上证明了多用户计算卸载博弈模型为严格势力场博弈（exact potential game,EPG）,卸载决策可获得全网范围内的最优效益.考虑到服务器的计算资源、卸载任务数据量和任务延迟需求,提出对用户和MEC服务器之间最佳用户关联匹配算法.最后,模拟结果表明,卸载决策算法具有较快的收敛速度,并在能效方面优于其他基准算法.     

铁路5G移动通信系统边缘计算安全研究

边缘计算作为智能铁路5G网络的关键技术,将数据缓存能力、流量转发能力与应用服务能力下沉到网络边缘,有效契合智能铁路的低时延、大带宽、海量连接需求,以支持智能轨道交通应用。然而,由于其在物理位置、业务类型等多方面发生了变化,且铁路场景外部环境复杂、高度动态性、可信度低,使智能铁路业务的边缘节点面临新的安全挑战。结合5G边缘计算安全的研究现状,基于终端、边缘网络、边缘节点和边缘应用四个方面分析铁路5G边缘计算面临的安全威胁,在细化安全需求和挑战、标准进展的基础上,综述和总结可适用于铁路MEC安全的研究方法和评价指标,结合铁路5G边缘计算特点,提出铁路MEC端到端安全服务方案和未来智能铁路MEC安全研究的发展方向。     

面向5G边缘计算的Kubernetes资源调度策略

容器云是5G边缘计算的重要支撑技术,5G的大带宽、低时延和大连接三大特性给边缘计算带来较大的资源压力,容器云编排器Kubernetes仅采集Node剩余CPU和内存两大资源指标,并运用统一的权重值计算Node优先级作为调度依据,该机制无法适应边缘计算场景下精细化的资源调度需求.面向5G边缘计算的资源调度场景,通过扩展K...     

基于MEC的蜂窝网络联合计算与无线资源管理

移动边缘计算（MEC）是当下最有效的增强移动设备计算能力的方法，吸引了广大学者进行研究。为提高移动边缘计算的无线蜂窝网络性能，提出了一种基于移动边缘计算的无线蜂窝网络计算卸载和干扰管理集成框架。在该集成框架中，MEC服务器综合基于所有用户设备（UE）估算的计算开销和由MEC服务器自身估算的卸载开销做出卸载决策。然后MEC服务器再使用图着色进行PRB分配。最后基于卸载决策和PRB分配结果将MEC服务器的计算资源分配给用户设备UE。对该集成框架的仿真结果展现了该集成框架在不同系统参数下的有效性。     

移动边缘计算环境下服务工作流的计算卸载

移动边缘计算（MEC）将计算和存储资源移动到移动网络的边缘，使其能够在满足严格的延迟要求的同时在移动设备处运行要求高处理的应用。它考虑了移动计算卸载问题，其中可以调用工作流中的多个移动服务来满足其复杂需求，并决定是否卸载工作流的服务，同时考虑了组件服务之间的依赖关系，并旨在优化执行移动服务的执行时间和能耗。针对上述问题运用了基于遗传算法（GA）的卸载方法，经过设计和实施后，部分修改传统遗传算法，以满足对所述问题的特殊需求。仿真实验表明，GA算法的实验效果都优于算法Local Execution和RANDOM得到的实验结果。     

边缘计算中多设备多任务的能耗均衡优化算法

移动边缘计算技术随着科技的发展,面临着多设备多任务的能耗均衡的挑战.相关研究大多集中在如何利用边缘服务器的计算性能以减少移动设备在任务处理过程中的能耗和执行时间.但现有研究在多设备多任务的能耗均衡问题上还没有很好的解决方法.针对此类能耗均衡问题,改进了现有的边缘计算系统模型,并在此基础上,给出了多移动设备多任务的能耗均...     

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.     

移动边缘网络中计算迁移与内容缓存研究综述

随着移动设备数量的爆炸性增长以及许多新兴应用的出现,移动网络的流量呈指数级增长.传统的集中式网络架构由于回程链路负载过重、时延较长,无法满足移动用户的需求.因此,提出了将网络能力从核心网开放至边缘网的新体系结构,即移动边缘计算（MEC）.移动边缘计算能够在移动蜂窝网络的边缘提供轻量级的云计算和存储能力.对移动边缘计算相关的最新研究成果进行了详尽的回顾：首先,概述了移动边缘计算的发展历程、关键问题和支撑技术;然后,针对MEC架构、计算迁移、边缘缓存和服务编排这4个关键研究问题进行了全面的综述,并讨论了增强现实、虚拟现实、动态内容交付、车联网和物联网等移动边缘计算中的典型应用案例;最后,从移动边缘计算功能增强、服务质量保障和安全可用性这3个方面展望了移动边缘计算的开放式研究挑战和未来的发展趋势.     

MEC中资源分配与卸载决策联合优化策略

针对移动边缘计算(MEC)中用户任务处理时延与能耗过高的问题,提出了"云-边-端"三层MEC计算卸载结构下的资源分配与卸载决策联合优化策略.首先,考虑系统时延与能耗,将优化问题规划为系统总增益(任务处理时延与能耗相对减少的加权和)最大化问题;其次,为用户任务设置优先级,并根据任务数据量初始化卸载决策方案;然后,采用均衡...     

移动边缘计算资源分配综述

在万物互联的物联网时代,云计算凭借超强的计算能力和存储能力提供了主流的大数据处理方案。随着5G的正式商用,面对5G+物联网呈爆炸式增长的终端设备以及低时延、低功耗的用户需求,基于云计算的大数据处理方案逐渐显露弊端。分布式的面向移动终端的大数据处理方案——移动边缘计算呼之欲出。本文通过对比云计算、边缘计算和移动边缘计算的概念和相关特征,引入移动边缘计算的定义及八大典型应用场景,进一步列举出移动边缘计算的发展历程。随后,归纳出移动边缘计算的几种国际标准模型以及框架设计的相关研究,结合移动边缘计算资源分配的关键问题进行梳理。最后,提出移动边缘计算的未来的研究方向和挑战。     

边缘计算:新型计算范式综述与应用研究

科学技术的快速发展,使万物互联设想不再仅仅停留在人们的概念中。随着接入无线网的智能设备数量的快速增长,边缘数据量已达到ZB级别,给核心网络带宽造成巨大压力;与此同时,无人驾驶、位置识别、增强现实、虚拟现实等众多新兴应用的出现对网络延迟、抖动、数据安全等提出了更高的要求。传统云计算在以上方面表现乏力,于是边缘计算(EC)应运而生。边缘计算能够在网络的边缘提供轻量级的云计算和存储能力。对边缘计算的最新研究成果和应用进行了详尽的回顾。首先综述边缘计算和云计算的概念并对比分析边缘计算的优势,指出边缘计算发展的必然性和时代趋势;然后针对典型边缘计算架构和平台进行了全面的综述,并讨论了网络性能优化、视频缓存、购物车视图刷新和网络视频直播等边缘计算中的典型应用案例。最后,从边缘计算服务管理、应用移动性管理、计算资源管理、数据管理等四方面,展望了边缘计算的开放式研究挑战和未来的发展趋势,希望能给从事边缘计算的科研工作者带来启发。     

车载边缘计算中基于深度强化学习的协同计算卸载方案

车载边缘计算(Vehicular Edge Computing,VEC)是一种可实现车联网低时延和高可靠性的关键技术,用户将计算任务卸载到移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)服务器上,不仅可以解决车载终端计算能力不足的问题,而且可以减少能耗,降低车联网通信服务的时延.然而,高速公路场景下车...     

面向5G车联网场景的移动任务动态卸载策略研究

由于车辆自身的高速移动性和资源有限性等特征,使得采用传统通信和计算手段的车联网场景无法满足用户日益增长的数据计算需求和体验质量需求。采用5G和边缘计算技术构建的新型车联网架构可以满足以上需求,但由于网络结构的变化,需设计适合新场景下的车辆任务通信和计算策略。针对5G车联网场景下的移动车辆任务动态卸载问题进行研究,提出了对应的动态任务分配策略和卸载调度低时延算法。车辆会根据提出的策略和算法将未完成的计算任务卸载到相应的 MEC 服务器或车辆上,并且计算结果将通过边缘服务器之间的联合通信或直接从被选择接受卸载任务的附近空闲车辆上直接返回给车主。仿真结果表明,所提出的策略和算法在优化卸载延迟方面具有良好的性能,并提高了用户体验质量。     

融合移动边缘计算的未来5G移动通信网络

未来5G移动通信网络面临移动流量暴涨,新型业务提出高回传带宽、低时延等挑战,移动边缘计算MEC有望解决上述问题.首先介绍MEC的网络框架结构及其在5G中的标准化进展,然后结合MEC的部署策略和未来5G网络架构,提出融合MEC的未来5G移动通信网络架构.从该架构可以看到,未来5G将是一个通信与多级计算协同的网络.所提架构可灵活、自适应地支持多种通信模式,同时可采用虚拟化技术实现通信、计算、存储资源的高效共享.面向通信与计算协同,融合MEC的5G网络在基础理论方面面临的主要挑战是网络容量分析,关键技术方面则包括通信与计算资源的协同优化、计算存储多播、节带化传输等.相关理论与技术亟需进一步的深入研究探讨,推动通信与计算融合发展.     

移动边缘计算环境中的计算卸载技术研究综述

计算卸载技术作为移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)的关键技术,通过合理的卸载决策能有效解决终端设备计算能力弱、时延长和能耗高等问题.介绍了MEC的概念、参考架构、部署方案和典型应用场景;分别从卸载决策的目标、粗粒度、细粒度的卸载方式及MEC与端对端(Device-to-Device,D2...     

基于双层Stackelberg博弈的MEC计算卸载方案

多接入边缘计算(multi-access edge computing, MEC)中的计算卸载问题已经成为当前研究的热点之一.目前的计算卸载方案仅考虑云、边、端结构中的计算卸载问题,而未考虑到其公、私有云的属性.提出了一种新的计算卸载方案,所提方案考虑了边缘计算中公有云与私有云之间的关系,将公有云作为了私有云资源的补充,可以缓解由于私有云资源局限性带来的算力不足问题;并通过建立双层Stackelberg博弈来解决计算卸载问题.对公有云、私有云以及用户的策略和收益进行了分析,求出了各参与人的最优策略,证明了双层博弈的纳什均衡解的存在性及唯一性.仿真结果和分析也验证了基于双层Stackelberg博弈的计算卸载方案的可行性,且相较基于单层Stackelberg博弈的卸载方案更高效,更适合可扩展的边缘计算的环境.     

基于双重拍卖的移动边缘计算任务卸载和资源分配策略

在移动边缘计算(mobile edge computing, MEC)系统中,用户的卸载策略会影响能耗和计算成本,进而影响用户效益.然而,目前多数研究未考虑边缘服务器随机分布场景中用户的卸载策略和资源请求策略对效益的影响.针对该问题,提出了一种基于改进双重拍卖算法的计算卸载和资源分配策略.首先,该策略将用户与边缘服务器之间的交互过程建模为Stackelberg博弈,并且证明了在该博弈内存在唯一纳什均衡点;其次,计算出用户对于不同服务器的卸载意愿以及计算资源请求量,并将用户与最优服务器进行拍卖;最后,采用遍历法交换上一轮拍卖中部分交易中的用户与服务器,以实现系统整体效益最优.仿真实验结果表明,与其他基准算法相比,所提算法在服务器随机分布场景下提高了33.4%的系统用户总效益,有效降低系统损失.     

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。     

绿色能源驱动的移动边缘计算动态任务卸载

移动边缘计算(mobile edge computing, MEC)是近年来出现的一种崭新技术,它能满足更多应用程序所需的计算资源,能使移动网络边缘资源受限的物联网(IoT)设备获得更好的性能.然而,众所周知,边缘基础设施在提高电力使用效率和整合可再生能源方面的能力较差.此外,由于物联网设备的电池容量是有限的,当电池电量耗尽时,所执行任务会被中断.因此,利用绿色能源来延长电池的使用寿命是至关重要的.此外,物联网设备间可以动态、有益地共享计算资源和通信资源.因此,为了提高边缘服务器的能效(power usage efficiency, PUE),实现绿色计算,设计了一种高效的任务卸载策略,提出了一种利用能量收集(energy harvesting, EH)技术和设备间通信(device-to-device communication, D2D)技术的绿色任务卸载框架.该框架旨在最小化任务执行所造成的边缘服务器端电网电力能源成本及云服务器端云资源租用成本.与此同时,引入激励约束,能够有效促进IoT设备间的协作,并防止IoT设备资源被其他设备过度使用.考虑到系统未来信息的不确定性,例如绿色能源的可获得性,提出了一种基于李雅普诺夫优化技术的在线任务卸载算法,该算法仅依赖于系统的当前状态信息.该算法的实现只需要在每个时间片内求解一个确定性问题,其核心思想是将每个时间片的任务卸载问题转化为图匹配问题,并通过调用爱德蒙带花树算法求得近似最优解.对所提出算法的性能进行了严格的理论分析,并通过实验验证了所提出框架的优越性能.     

5G移动边缘计算在军事领域中的应用

5G移动网络开启了万物互联的时代,任务部队、武器装备、战场态势等都将与5G技术深度融合,催生新的指挥网络体系。在对时延和安全保密要求较高的移动应用中,移动边缘计算技术可将云计算平台从网络内部向网络边缘迁移,有效抑制网络拥塞,降低移动业务端到端时延。本文从5G移动网络特性和移动边缘计算技术出发,结合军事指挥需求,提出移动边缘计算技术在军事领域的应用场景并给出部署建议,同时指出5G移动边缘计算面临的问题与挑战。