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.     

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.     

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...     

移动边缘计算中基于Stackelberg博弈的算力交易与定价

针对移动边缘计算中轻量级智能设备计算和存储能力有限等问题，提出一种基于Stackelberg博弈的计算卸载解决方案。首先，结合区块链技术构建基于云挖掘机制的算力交易模型——CPTP-BSG，允许移动智能设备（矿工）将密集且复杂的计算任务卸载到边缘服务器；其次，将矿工与边缘计算服务提供商（ESP）之间的算力交易建模为一个两阶段的Stackelberg博弈过程，并构建矿工与ESP的预期利润函数；然后，使用逆向归纳法分别在统一定价和歧视性定价策略下分析纳什均衡解的存在性和唯一性；最后，提出一种低梯度迭代算法来实现矿工和ESP的利润最大化。实验结果证明了所提算法的有效性，并且与统一定价相比，歧视性定价更符合矿工的个性化算力需求，能达到更高的算力需求总量和ESP利润。     

移动边缘计算中基于Stackelberg博弈的算力交易与定价

针对移动边缘计算中轻量级智能设备计算和存储能力有限等问题,提出一种基于Stackelberg博弈的计算卸载解决方案。首先,结合区块链技术构建基于云挖掘机制的算力交易模型——CPTP-BSG,允许移动智能设备（矿工）将密集且复杂的计算任务卸载到边缘服务器;其次,将矿工与边缘计算服务提供商（ESP）之间的算力交易建模为一个两阶段的Stackelberg博弈过程,并构建矿工与ESP的预期利润函数;然后,使用逆向归纳法分别在统一定价和歧视性定价策略下分析纳什均衡解的存在性和唯一性;最后,提出一种低梯度迭代算法来实现矿工和ESP的利润最大化。实验结果证明了所提算法的有效性,并且与统一定价相比,歧视性定价更符合矿工的个性化算力需求,能达到更高的算力需求总量和ESP利润。     

Cost minimization in utility computing systems

Utility computing is a form of computer service whereby the company providing the service charges the users for using the system resources. In this paper, we present system‐optimal and user‐optimal price‐based job allocation schemes for utility computing systems whose objective is to minimize the cost for the users. The system‐optimal scheme provides an allocation of jobs to the computing resources that minimizes the overall cost for executing all the jobs in the system. The user‐optimal scheme provides an allocation that minimizes the cost for individual users in the system for providing fairness. The system‐optimal scheme is formulated as a constraint minimization problem, and the user‐optimal scheme is formulated as a non‐cooperative game. The prices charged by the computing resource owners for executing the users jobs are obtained using a pricing model based on a non‐cooperative bargaining game theory framework. The performance of the studied job allocation schemes is evaluated using simulations with various system loads and configurations. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于博弈论的多服务器多用户视频分析任务卸载算法

在过去的近10年中,人工智能相关的服务和应用大规模出现,它们要求高算力、高带宽和低时延.边缘计算目前被认为是这些应用最适合的计算模式,尤其是视频分析相关应用.研究多服务器多用户异构视频分析任务卸载问题,其中用户选择合适的边缘服务器,并将他们的原始视频数据上传至服务器进行视频分析.为了有效处理众多用户对有限网络资源的竞争和共享,并且能够获得稳定的网络资源分配局面,即每个用户不会单方面地改变自己的任务卸载决策,该多服务器多用户异构视频分析任务卸载问题被建模为一个多玩家的博弈问题.基于最小化整体时延的优化目标,先后研究非分布式视频分析场景和分布式视频分析场景两种情形,分别提出基于博弈论的潜在最优服务器选择算法和视频单元分配算法.通过严格的数学证明,两种情形下提出的算法均可以达到纳什均衡,同时保证较低的整体时延.最后,基于真实数据集的大量实验表明,所提方法比其他现有算法降低了平均26.3%的整体时延.     

车载边缘计算中基于信誉值的计算卸载方法研究*

将移动边缘计算（Mobile edge computing, MEC）引入车载自组网形成车载边缘计算,从而使服务提供商直接利用MEC服务器在网络边缘服务用户,以提升用户体验质量和丰富用户满意度。随后,研究在车载边缘计算环境下车辆用户的计算卸载问题。针对此问题,提出相应的系统模型与使用讨价还价博弈方法以解决MEC服务器如何根据不同的任务要求与车辆信誉值分配自身的计算资源以执行不同的卸载任务。最后,通过实验仿真,验证了方案的有效性和可靠性。算资源以执行不同的卸载任务。最后,通过实验仿真,验证了方案的有效性和可靠性。     

基于合约设计的移动边缘计算任务卸载策略研究

移动边缘计算将边缘服务器部署到无线局域网侧,将部分计算密集任务卸载到边缘云服务器,从而缩短计算服务与移动设备的距离,降低数据传输成本.考虑移动边缘计算(MEC)环境下的计算任务分配问题,通过探索用户体验敏感度的异质性,建立CPU运算周期数-数据量-价格的三元组合约模型,提出基于合约理论的计算任务分配策略,以最大化云服务商的利润为目标,同时保证移动用户的非负效益.分别讨论完整信息场景下和统计信息场景下的最优合约设计策略.仿真结果验证了所提出方案可以有效实现计算任务的卸载.     

A fault‐tolerant dynamic scheduling method on hierarchical mobile edge cloud computing

Mobile edge cloud computing has been a promising computing paradigm, where mobile users could offload their application workloads to low‐latency local edge cloud resources. However, compared with remote public cloud resources, conventional local edge cloud resources are limited in computation capacity, especially when serve large number of mobile applications. To deal with this problem, we present a hierarchical edge cloud architecture to integrate the local edge clouds and public clouds so as to improve the performance and scalability of scheduling problem for mobile applications. Besides, to achieve a trade‐off between the cost and system delay, a fault‐tolerant dynamic resource scheduling method is proposed to address the scheduling problem in mobile edge cloud computing. The optimization problem could be formulated to minimize the application cost with the user‐defined deadline satisfied. Specifically, firstly, a game‐theoretic scheduling mechanism is adopted for resource provisioning and scheduling for multiprovider mobile applications. Then, a mobility‐aware dynamic scheduling strategy is presented to update the scheduling with the consideration of mobility of mobile users. Moreover, a failure recovery mechanism is proposed to deal with the uncertainties during the execution of mobile applications. Finally, experiments are designed and conducted to validate the effectiveness of our proposal. The experimental results show that our method could achieve a trade‐off between the cost and system delay.     

改进鲸鱼优化算法的车联网计算卸载

在边缘服务器资源受限的情况下,如何设计合理的资源管理和任务调度方案是一项重要的研究内容.为提升系统服务效用,提出一种联合资源分配和计算卸载的设计方案.首先,借助二分搜索法和拉格朗日乘子法得到通信和计算资源的最佳匹配.然后,基于融合多种策略的鲸鱼优化算法来求解卸载决策,其中包括调整收敛因子为指数幂级的非线性变化策略,平衡探索和利用阶段的自适应权重策略,三角形和Levy飞行的游走策略,同时在适应度评价中引入罚函数来达到用户接入数量的约束限制,最后利用V型传递函数制定二进制卸载策略.仿真结果表明,在与其他基准方案的多项指标评估中,所提方案能有效增加网络吞吐量,显著提高系统效用.     

移动边缘计算环境下的动态资源分配策略

在通讯设备爆炸式增长的时代,移动边缘计算作为5G通讯技术的核心技术之一,对其进行合理的资源分配显得尤为重要。移动边缘计算的思想是把云计算中心下沉到基站部署(边缘云),使云计算中心更加靠近用户,以快速解决计算资源分配问题。但是,相对于大型的云计算中心,边缘云的计算资源有限,传统的虚拟机分配方式不足以灵活应对边缘云的计算资源分配问题。为解决此问题,提出一种根据用户综合需求变化的动态计算资源和频谱分配算法(DRFAA),采用"分治"策略,并将资源模拟成"流体"资源进行分配,以寻求较大的吞吐量和较低的传输时延。实验仿真结果显示,动态计算资源和频谱分配算法可以有效地降低用户与边缘云之间的传输时延,也可以提高边缘云的吞吐量。     

基于李雅普诺夫随机优化的车辆边缘计算资源管理

针对车辆边缘计算系统中的计算资源管理问题,提出一种基于李雅普诺夫随机优化的计算卸载与资源分配方案.构建在保证任务量及长期能耗约束下的车辆用户服务时延最小化优化问题,利用李雅普诺夫随机优化理论将优化问题分解.在本地计算资源分配子问题中,通过求解线性问题的方法,得到最优本地计算CPU频率;在计算卸载子问题中,利用数值优化求...     

基于博弈论和启发式算法的超密集网络边缘计算卸载

超密集网络与边缘计算相结合时,高密度的基站分布可能会对同一用户重复覆盖,该用户选择不同基站进行卸载将会对系统性能产生不同影响,由此引出卸载对象选取问题。同时边缘计算可以将部分任务卸载到边缘服务器进行处理,选择合适的卸载比例能够显著降低所需的时延和能耗,由此引出卸载比例选取问题。提出一种超密集网络环境中基于博弈论和启发式算法的边缘计算卸载策略。针对卸载对象选取问题,根据边缘服务器到用户之间的距离和工作负载定义偏好度指标,各用户根据偏好度进行博弈后选择卸载对象,并对用户进行分组,将原问题分解为若干个并行的子问题。针对卸载比例选取问题,基于萤火虫群优化算法对各用户的卸载比例进行优化,得到适当的卸载比例。与全本地处理（ALP）策略、全卸载策略（AOS）和基于粒子群优化（PSO）算法的卸载策略进行对比,实验结果表明,ALP和AOS策略在总能耗和平均时延上具有一定的局限性,相比基于PSO的卸载策略,所提策略的时延降低22%,能耗降低20%,可以有效减少系统损失。     

面向多租户网络资源分配的博弈优化策略

为了应对5G及未来网络中用户间差异化的服务需求,改善多租户网络切片资源利用率低和部署成本高的问题,提出一种基于多租户网络资源分配的博弈优化策略。在多租户网络中,网络切片租户（NSTs）租用基础设施提供商基站的无线频谱资源,将接入服务切片构建为网络切片即服务,为用户提供网络接入服务。将NSTs和用户的关系建模为一个多主多从的Stackelberg博弈,引入切片流行度和服务命中率指标,建立博弈双方的策略空间和收益函数,并证明NSTs的切片订购策略存在唯一的纳什均衡。通过逆向归纳法分析博弈模型,提出一种分布式迭代算法求得用户的最优吞吐量需求以及NSTs的最优切片定价。仿真结果表明,与传统考虑切片资源分配的优化策略对比,基于多租户网络资源分配的博弈优化策略能够有效提高资源利用率和用户满意度,并降低切片部署能耗,较好地实现频谱带宽资源的合理分配。     

云边环境下基于博弈论的两阶段任务迁移策略

移动边缘计算（MEC）为计算密集型应用和资源受限的移动设备之间的冲突提供了有效解决办法,但大多关于MEC迁移的研究仅考虑移动设备与MEC服务器之间的资源分配,忽略了云计算中心的巨大计算资源。为了充分利用云和MEC资源,提出一种云边协作的任务迁移策略。首先,将云边服务器的任务迁移问题转化为博弈问题;然后,证明该博弈中纳什均衡（NE）的存在以及唯一性,并获得博弈问题的解决方案;最后,提出了一种基于博弈论的两阶段任务迁移算法来求解任务迁移问题,并通过性能指标对该算法的性能进行了评估。仿真结果表明,采用所提算法所产生的总开销分别比本地执行、云中心服务器执行和MEC服务器执行的总开销降低了72.8%、47.9%和2.65%,数值结果证实了所提策略可以实现更高的能源效率和更低的任务迁移开销,并且随着移动设备数量的增加可以很好地扩展规模。     

Wi-Fi网络下多AP协作边缘计算资源分配策略

近年来, AR/VR、在线游戏、4K/8K超高清视频等计算密集且时延敏感型应用不断涌现,而部分移动设备受自身硬件条件的限制,无法在时延要求内完成此类应用的计算,且运行此类应用会带来巨大的能耗,降低移动设备的续航能力.为了解决这一问题,本文提出了一种Wi-Fi网络多AP (access point)协作场景下边缘计算卸载和资源分配方案.首先,通过遗传算法确定用户的任务卸载决策.随后,利用匈牙利算法为进行任务卸载的用户分配通信资源.最后,根据任务处理时延限制,为进行任务卸载的用户分配边缘服务器计算资源,使其满足任务处理时延限制要求.仿真结果表明,所提出的任务卸载与资源分配方案能够在满足任务处理时延限制的前提下有效降低移动设备的能耗.     

基于延迟接受的多用户任务卸载策略

随着人工智能的应用对计算资源的要求越来越高,移动设备由于计算能力和存储能量有限而无法处理这类有实时性需求的计算密集型应用.移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)可以在无线网络边缘提供计算卸载服务,达到缩短时延和节约能源的目的.针对多用户依赖任务卸载问题,在综合考虑时延与能耗的基础上建立用户依...     

具有隐私保护的边缘计算高效数据卸载方法

针对用户终端数据卸载过程中难以同时实现高隐私安全和低时间消耗的目标,提出了一种具有隐私保护的边缘计算高效数据卸载方法.首先,利用时间计算模型和隐私熵值分别将用户终端时间消耗和数据隐私安全程度进行量化,并建立一个多目标优化问题模型;其次,利用改进强度帕累托进化算法对时间消耗和隐私熵值进行联合优化;最后,利用基于熵权法的多属性决策方法选取最优的时间消耗和隐私熵组合策略.在多终端用户多计算任务的边缘计算下展开实验研究和对比分析,结果表明,该方法在降低传输时间的基础上还增强了数据卸载传输的安全性.     

基于概率性能感知演化博弈策略的“云+边”混合环境中任务卸载方法

针对“中心云服务器+多个边缘服务器”构成的“云+边”混合环境中多任务卸载效率不足的问题,提出了一种基于概率性能感知演化博弈策略的任务卸载方法。首先,在一个“中心云服务器+多个边缘服务器”构成的“云+边”混合环境中,假设其中分布的边缘服务器具有时变波动的性能,采用一种基于概率性能感知演化博弈策略的任务卸载方法对边缘云服务器的历史性能数据进行概率分析,以获得演化博弈模型;然后,生成服务卸载的演化稳定策略（ESS）,使每个用户都能在获得高满意度的前提下进行任务的卸载。基于云边缘资源位置数据集和云服务性能测试数据集进行模拟实验,在24个连续时间窗口上进行不同方法的测试比较。实验结果表明,所提方法在多个性能指标上都优于传统的贪婪（Greedy）算法、遗传算法（GA）和基于纳什均衡的博弈论算法等任务卸载方法。该方法的平均用户期望达成度相较于三个对比方法分别提升了13.7%、117.0%、13.8%,平均卸载时延分别降低了6.5%、24.9%、8.3%,平均货币成本分别降低了67.9%、88.7%、18.0%。