MEC网络中基于强化学习的任务卸载和资源分配

针对基于移动边缘计算（mobile edge computing, MEC）的双层蜂窝网络中由于移动设备的任务迁移而产生额外开销的问题,在移动感知下通过联合任务卸载和资源分配来减少任务迁移概率,进而最大化用户总收益。首先,提出了最大化用户总收益的最优化问题;其次,在考虑时变的计算任务和资源分配下,将最优化问题描述为一个马尔科夫决策过程(Markov decision process, MDP),同时,提出了一个新颖的采用基于Q-学习的强化学习算法（reinforcement learning-based algorithm with Q-learning method, RLAQM）进行求解;最后,仿真验证了所提出的算法与其他算法相比能明显提高用户总收益。     

基于DRL的MEC任务卸载与资源调度算法

为提高多接入边缘计算（MEC）任务卸载效率,提出了一个任务卸载和异构资源调度的联合优化模型.考虑异构的通信资源和计算资源,联合最小化用户的设备能耗、任务执行时延和付费,并利用深度强化学习（DRL）算法对该模型求最优的任务卸载算法.仿真结果表明,该优化算法比银行家算法的设备能耗、时延和付费的综合指标提升了27.6%.     

移动边缘计算场景下基于免疫优化的任务卸载

移动边缘计算通过将计算资源和存储资源下沉到移动网络的边缘,可以减少移动终端的任务计算时延和能耗,从而有效满足移动互联网、物联网高速发展所需的高回传带宽、低时延的要求.计算卸载作为移动边缘计算的一个主要优势,它通过将繁重的计算任务迁移到边缘服务器来提高移动服务能力.针对移动边缘计算场景下移动终端应用的低时延和低能耗的卸载...     

基于可靠性约束的工作流调度算法

移动边缘计算(Mobile Edge Computing, MEC)环境中,工作流调度算法存在可靠性约束的问题,为此,提出一种基于可靠性约束的工作流调度算法。首先,根据工作流子任务依赖关系生成优先级就绪队列;其次,根据不同服务器的故障率建立可靠性模型,保证工作流调度方案满足工作流可靠性的要求;然后,针对未分配调度位置的任务,根据服务器可靠性信息,按照执行队列顺序进行初始化,得到满足可靠性约束的初始种群;最后,采用改进的非支配排序遗传算法(Non-dominated Sorting Genetic AlgorithmⅡ,NSGA-Ⅱ)求解工作流的最优卸载位置,并生成调度方案。仿真实验表明,相较于轮询调度算法、贪心算法和粒子群算法,提出算法降低了移动设备的能耗,减少了任务时延,提高了工作流执行可靠性。     

基于备用边缘节点的居民区用电任务卸载优化策略

为了实现有序用电,保证居民区配电系统安全性,将通信领域的任务卸载概念拓展并应用于居民区信息管理中,提出基于边缘计算的居民区用电信息管理系统和计算任务的优化卸载策略. 阐明边缘计算的相关定义,从移动边缘计算场景中拓展任务卸载的概念,并在居民区用电信息管理模型中增加备用边缘节点角色. 提出基于任务卸载的管理框架及流程,并对居民区用电设备产生的计算任务进行分析,通过建立计算模型和多用户博弈模型,求解纳什均衡,得到最优任务卸载决策. 用算例验证备用边缘节点的必要性以及所提策略相较于传统计算模式的优越性,为万物互联时代的居民区用电信息管理中的数据处理环节带来新的思路和方法.     

基于mMIMO的MEC安全节能资源分配方法

移动边缘计算（MEC）系统在恶意用户干扰攻击和窃听的双重威胁下,会带来上行卸载受阻、用户信息泄露、系统能源利用率低等问题.对此,利用物理层安全技术防止窃听,并利用大规模多输入多输出（mMIMO）技术来减少干扰及用户能耗.此外,在时延受限的条件下,通过联合优化用户的卸载决策、发射功率以及卸载速率,实现用户总能耗最小化.针对此非凸的多目标优化问题,首先利用拉格朗日乘数法得到用户卸载数据量的闭合表达式,然后利用迭代算法得到用户最优的发射功率以及最大卸载速率.仿真结果表明,所提出的mMIMO-MEC安全卸载方案在解决干扰和窃听等安全问题的同时,有效地降低了系统的总能耗.     

基于深度强化学习的边云协同串行任务卸载算法

在移动边缘计算任务卸载问题中,传统卸载算法仅考虑移动设备和边缘服务器计算资源,在资源利用、系统效能上存在一定的局限性.该文基于RainbowDQN算法,考虑了延迟、能耗成本和服务质量保证等因素,提出了一种边缘云协同串行任务卸载算法(ECWS-RDQN).该算法通过对串行任务的权重分配,实现了网络边缘和云端协同的串行任务...     

异构网络中任务卸载与资源分配联合优化算法

在有限的网络边缘资源约束下,考虑到业务的多样性和网络接入的异构性对任务卸载和计算资源分配的影响,在本地和服务器共同处理任务的背景下,提出了一种异构网络场景下结合李雅普诺夫优化理论和搜索树算法对任务卸载和计算资源分配的联合优化方法,分析了卸载收益与延迟之间的折中关系,优化了任务卸载与计算资源分配。同时,为了对搜索树进行快速分支定界,设计了一种卸载优先级准则。最后,通过仿真实验验证了所提算法的有效性和合理性。     

智慧社区边缘计算场景下基于免疫算法的卸载决策优化

边缘计算通过将云计算中心的计算和存储资源下沉至距离用户更近的网络边缘,用户可将任务卸载至边缘计算节点执行,以获得更低的任务时延和能耗.针对智慧社区场景下的任务卸载决策问题,构建了联合优化任务时延和能耗的卸载决策优化模型;在免疫算法中引入交叉操作,并对克隆算子、变异算子进行了改进,给出了一种基于改进免疫算法的任务卸载方案,并对该模型进行仿真实验.结果表明：该方案优于基于粒子群优化算法方案、基于遗传算法方案和基于免疫算法的卸载方案,可以有效降低任务时延和能耗.     

基于化学反应优化算法的边缘计算任务卸载策略

针对边缘计算环境中单用户多任务应用,通过分析服务缓存和任务执行过程,建立任务计算卸载系统模型,确定卸载目标,并将问题细化为服务缓存和任务卸载两个子问题,其中服务缓存问题被抽象为0-1背包问题,利用化学反应优化（CRO）算法得到其最优缓存策略;任务卸载问题转化为最优化问题,设计一种改进化学反应优化（ICRO）算法来得到其近似最优卸载决策。实验结果表明：ICRO算法比CRO算法的平均优化效果增强了5.0%左右,系统时延和设备能耗分别是极端情况下的33.3%、53.8%;无论服务器缓存空间是否充足,CRO算法总是能制定出合理的缓存方案,使服务缓存比例保持在一个合理的范围之内;ICRO算法比CRO算法的优化能力更强,它不仅可以明显降低系统总成本,还具有良好的全局搜索能力和可移植性,可以满足用户多样化需求,使用户获得更好的服务体验。     

移动边缘计算中的时延和能耗均衡优化算法

为了提升移动边缘计算（MEC）网络中的任务卸载效用,提出了一种基于任务卸载增益最大化的时延和能耗均衡优化算法.通过分析通信资源和计算资源对时延和能耗这2种性能指标的制约关系,将原问题分解为联合发射功率子信道分配子问题和MEC计算频率分配子问题.通过Karush-Kuhn-Tucker条件,导出了最优的MEC计算频率闭式解.此外,提出了一种基于二分法的发射功率分配算法和基于匈牙利二部图匹配的子信道分配算法.仿真结果表明,提出的算法相比传统算法可以显著提升用户的任务卸载效用.     

面向车辆边缘计算的任务合作卸载

随着物联网技术和人工智能技术的飞速发展，车辆边缘计算越来越引起人们的注意。车辆如何有效地利用车辆周边的各种通信、计算和缓存资源，结合边缘计算系统模型将计算任务迁移到离车辆更近的路边单元，已经成为目前车联网研究的热点。由于车辆应用设备有限的计算资源，车辆用户的任务计算需求无法满足，需要充分利用车辆周边的计算资源来计算任务。本文研究了车辆边缘计算中任务的合作卸载机制，以最小化车辆任务的计算时延。首先，设计了任务合作卸载的三层系统架构，考虑了车辆周边停泊车辆的计算资源以及路边单元的计算资源，组成云服务器层、停泊车辆合作集群层和路边单元合作集群层的三层架构。通过路边单元合作集群和停泊车辆合作集群的合作卸载，充分利用系统的空闲计算资源，进一步提高了系统的资源利用率。然后，基于k-聚类算法的思想提出了路边单元合作集群划分算法对路边单元进行合作集群的划分，并采用块连续上界最小化的分布式迭代优化方法设计了任务合作卸载算法,对终端车辆用户的任务进行卸载计算。最后，通过将本文算法和其他算法方案的进行实验对比，仿真结果表明，本文算法在系统时延和系统吞吐量方面具有更好的性能表现，可以降低23%的系统时延，并且能提升28%的系统吞吐量。     

无人机任务卸载与充电协同优化

在野外恶劣环境应用中，可以使用具有灵活性和便捷性的无人机（UAV），通过无线数据传输辅助携带用户任务到边缘服务器。然而，UAV飞行平台难以提供长时间的任务卸载服务，大大限制了其应用前景。本文研究了在移动边缘计算环境中，如何有效整合UAV的任务卸载和充电调度。首先，构建了一个新的应用模型，该模型协同处理UAV的任务卸载调度和自身充电需求，并在UAV辅助任务卸载应用场景中加入了若干个无线充电平台。其次，考虑了用户任务的价值和UAV的充电需求，以在时延敏感和能量约束的条件下优化UAV辅助用户设备进行任务卸载的收益。最后，采用深度强化学习算法，对深度Q网络（DQN）进行调优后形成Fixed DQN算法，以有效处理模型中的大规模状态动作搜索空间问题。本文以UAV仅作为任务载体并考虑其自主充电需求为前提，通过在一个半径为3000 m、含有11个节点的区域验证Fixed DQN算法的可行性；并在不同用户节点数量、充电节点数量及服务时间条件下，通过与蚁群算法、遗传算法和DQN算法的对比实验评估其性能。实验结果表明：本文提出的Fixed DQN算法在所有测试条件下均显著优于蚁群算法、遗传算法和DQN算法，特别是在节点数量增加和服务时间延长的情景中；此外，Fixed DQN算法相对于DQN算法的性能提升突显了深度强化学习在参数调优方面的有效性。研究结果证实了Fixed DQN算法在解决UAV任务卸载和充电调度问题中的高效性和调参策略的重要性。     

边缘计算架构中P2P的组合多资源任务卸载算法

为了解决点对点(P2P)系统中多种资源合作完成任务卸载的问题,提出了多资源组合交易卸载算法,设计了激励机制,促使设备加入任务卸载系统,同时保证系统内资源可以被高效地利用。通过严格的理论分析可知,所设计的多资源组合交易机制能满足计算效率可行性和个体理性的要求。通过实验模拟得出结论：提出的多资源组合交易卸载算法的资源交易数量虽然没有达到对比算法下的资源交易数量,但时间复杂度远远低于对比算法。     

面向车联网实时应用场景的任务卸载决策算法

为了解决当前车联网中节点处理任务的时效性问题,基于最优节点选取及任务卸载理论,提出了一种新的任务卸载决策方案.该方案对车联网场景下的任务卸载进行建模,构造出具有指向性的节点分布模型,利用最优节点选取算法对该模型进行节点预选取,通过一次或二次任务卸载预判机制,实现节点对任务的卸载决策.与传统的任务卸载决策相比,所提方案在任务卸载全过程中耗时更少,实时性更高.仿真结果验证了所提方法的有效性.     

缓存辅助边缘计算的卸载决策与资源优化

提出一种缓存辅助边缘计算的卸载决策制定与资源优化方案,以进一步降低移动边缘计算（MEC）系统中终端设备的能量消耗.首先,建立该优化问题为最小化用户在任务执行时最坏情况下的能耗值,并将这一混合整数规划问题转化为非凸的二次约束二次规划（QCQP）模型,使用半定松弛及随机概率映射方法获得缓存辅助下的预选卸载集合;其次,分别采用拉格朗日对偶分解法和二分法求得性能约束下的最优传输功率及边缘计算资源分配,从而通过对比该集合中的设备能耗得到理想的卸载决策集合与资源分配方案.实验数值结果表明,所提方案能够有效降低用户能量消耗,提升边缘计算系统的服务性能.     

基于任务间依赖关系的小小区协作卸载策略

在密集部署的小小区网络中,考虑到小小区基站（SBS）的计算资源有限,提出了基于任务间串并依赖关系的协作卸载策略,以降低计算卸载任务的整体完成时延.首先,考虑将可以同时执行的并行任务卸载至不同的SBS,利用计算资源的分布式特点来降低整体时延,同时最大化单个SBS上的串行任务数量,以减小所需SBS的数目;然后,根据网络的负载均衡情况对2种场景进行讨论,联合考虑任务间的依赖关系、不同SBS的可用计算资源量和SBS与用户间的信道质量,分别引入最长路径理论和图着色算法以确定最佳任务卸载方案.仿真结果表明,与已有策略相比,所提策略可降低计算卸载任务的整体完成时延.     

改进多种群进化算法求解移动边缘计算中任务调度问题

移动边缘计算通过在靠近用户端的网络边缘部署服务器,为用户提供低时延的网络通信服务和类似云的计算服务。移动设备通过网络接入点将任务卸载到边缘服务器进行处理,能够有效地减少移动设备的能耗以及任务的完成时间。然而,用户在卸载任务时需要支付一定的通信成本。本文在构建包含多个用户和多个边缘计算节点的移动边缘计算环境的基础上,建立了最小化移动设备的任务完成时间、能耗以及通信成本的数学模型。为了解决上述问题,本文提出了一种改进多种群进化算法的任务调度优化算法。该调度算法通过优化卸载决策和资源分配决策来达到降低移动设备综合成本的目的。大量仿真实验说明,该任务调度算法与其他几种的任务调度算法相比,能够更有效地降低移动设备的综合成本。