联合优化时延与能效的移动终端计算迁移方法

为了在实际应用中实施合理的计算迁移,必须找到能够综合考虑减小执行时间和节约能耗的迁移决策方法．面向长期演进应用背景,提出了一种能够联合优化处理时延与能耗的移动计算迁移方法．该方法首先建立了计算迁移模型;在此基础上,分析计算迁移的相关参数,构造计算迁移代价函数;最后,以减小时延与降低能耗为约束条件,合理规划计算迁移,达到联合优化移动终端处理时延与能耗的目标．仿真分析表明,该方法在减小移动终端的处理时延与降低能耗方面性能显著．     

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.     

MEC计算卸载与资源分配联合智能优化方案

移动边缘计算(MEC)中的分布式基站部署、有限的服务器资源和动态变化的终端用户使得计算卸载方案的设计极具挑战。鉴于深度强化学习在处理动态复杂问题方面的优势,设计了最优的计算卸载和资源分配策略,目的是最小化系统能耗。首先考虑了云边端协同的网络框架;然后将联合计算卸载和资源分配问题定义为一个马尔可夫决策过程,提出一种基于多智能体深度确定性策略梯度的学习算法,以最小化系统能耗。仿真结果表明,该算法在降低系统能耗方面的表现明显优于深度确定性策略梯度算法和全部卸载策略。     

Collaborative offloading of overloaded MEC servers in ultra-dense heterogeneous networks

Mobile Edge Computing (MEC) can perform computational task offloading with the help of edge servers, and is no longer limited by the power of mobile terminals (MTs). When the edge server is overloaded, it often chooses to queue, postpone or reject the MT’s offloading request. QoS (Quality of Service) of users will deteriorate greatly due to service disruption and extended waiting, but the existing research work does not consider how the MEC-BS can relieve load pressure at this time. In this paper, we study how to enhance the computing offloading service of the MEC-BS by offloading the task of the overloaded base station to the other MEC-BS in the same collaboration space. Combining the penalty function with the two-step quasi-newton method, an optimization algorithm is proposed to minimize the joint utility function including the total delay and energy consumption of the edge computing network. Empirical factors are used to adjust the optimization deviation according to the different needs of the optimization target for time delay or energy efficiency. Simulation results show that the proposed scheme is better than two other schemes in improving the system performance and convergence speed.     

无线MEC系统中队列状态感知的卸载和 传输联合优化

针对多用户-多移动边缘计算服务器系统的动态计算任务卸载问题,基于用户端和服务器端的任务队列模型,以系统的长期平均时延和长期平均功耗为优化目标,求解最优的卸载策略及相应的上行预编码.通过李雅普诺夫优化方法将长期平均问题转化成单阶段目标优化问题,考虑到卸载策略和预编码之间存在范数约束关系,通过连续近似和半正定松弛,可转化成典型的DC规划求预编码解问题.仿真结果表明,所提方案比传统方法具有更低的时延和功耗.     

移动边缘计算中基于能量收集的能效优化方案

移动边缘计算（MEC）系统中密集的计算任务卸载使得资源受限的终端设备能量效率低,能量服务单一,对此,提出了一种基于能量收集的系统能效优化方案.该方案首先在满足卸载发送功率限制等约束条件下,分析了能量收集状态及用户功率分配,建立了最大化系统能效的联合优化模型;其次,利用广义分数规划理论将卸载能效转化为标准凸优化问题,并通过构建拉格朗日函数对目标函数进行迭代优化,获得最优的能量指示变量和功率分配.仿真结果表明,所提方案可以有效提升MEC系统中的用户能量效率,同时保证了用户服务质量,实现了绿色通信.     

基于机器学习的MEC随机任务迁移算法

针对移动边缘计算（MEC）,提出了一种基于机器学习的随机任务迁移算法,通过将任务划分为可迁移组件和不可迁移组件,结合改进的Q学习和深度学习算法生成随机任务最优迁移策略,以最小化移动设备能耗与时延的加权和.仿真结果表明,该算法的时延与能耗加权和与移动设备本地执行算法相比节约了38.1%.     

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.     

Research and experiment on multi-user computational offloading based on mobile edge computing

The fundamental problem of multi-user computation offloading for Mobile Edge Computing is investigated in heterogeneous overlay networks where each user can connect and offload its computing workloads to multiple heterogeneous wireless access points in parallel. The problem of average user overhead minimization with the delay constraint is formulated to obtain the optimal strategy of workload partition and heterogeneous resource allocation. A successive convex approximation (SCA) based algorithm is finally developed, which addresses the problem of non-convex optimization by iteratively solving a sequence of separable strongly convex problems. Numerical results are presented to prove that the proposed offloading mechanism can effectively reduce the service latency and energy consumption of users compared with the conventional non-cooperative approach.     

面向移动边缘计算的动态规划算法研究

移动边缘计算可以将用户任务卸载至边缘服务器,以减少移动设备的能耗与时延。通过研究边缘计算场景,提出了一种自适应动态规划算法,以优化用户的卸载决策。所提算法采用创新的比特流填表方式以节省计算时间,同时在满足时间约束的条件下减小能耗与时延。结果表明,该算法可在满足应用程序执行时间约束的前提下找到近似最优解,同时在不损失计算效率的前提下处理较大的卸载问题。     

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动态分配处理,为不同的用户设备应用提供近似最优的任务分配卸载策略。实验表明,ECWS-RDQN算法比传统方案有更好的系统效能,提升了应用的服务质量。     

Services promote Lyapunov-based strategy in mobile cloud computing

Aiming to the energy consumption optimization problem in mobile cloud computing, a new services promote Lyapunov-based strategy is proposed, which considering the effect of order services on transmission energy consumption. The proposed strategy can promote cloud computing services to users based on the threshold control, queue backlog and channel state, and it according to the channel transmission rate and subscribed services to deliver the services data in time. Simulation results show that the proposed strategy not only can effectively reduce the transmission energy consumption and extend the battery time of mobile devices, but also can reduce queue backlog and unnecessary order services cost.     

面向硬件感知的边缘计算卸载和资源分配

传统的边缘计算卸载研究并未涉及计算机硬件实现的细节,计算模型建模粗糙,优化方案精准度低。为此,提出了基于硬件实现的多用户多边缘服务器计算卸载和资源分配联合优化方案,充分考虑了计算过程硬件实现的细节,从计算机指令执行粒度出发,综合计算机输入/输出瓶颈和内存功能模块的能耗,重新建立联合优化模型,并在满足卸载任务时延要求的前提下最小化系统能耗。 此外,为解决动作空间高维的问题,采用了基于深度确定性策略梯度的混合在线二部匹配算法。仿真结果表明,计算过程中的内存能耗不可忽略,且所提出的优化算法能够有效学习最优策略,对降低系统能耗具有显著作用。     

基于计算吞吐量最大化的能量采集边缘计算系统在线资源优化配置

在基于可再生能量收集技术的移动边缘计算(Mobile Edge Computing, MEC)系统中,可再生能量到达和计算卸载无线信道呈现较强的时空变化特性,因此该系统的无线及计算资源管理与用户任务计算之间存在着动态适配的挑战。针对此类问题,本文研究多时隙多用户的能量采集边缘计算系统,建立可再生能量随机到达和无线信道模型以及预测误差模型,以系统总计算吞吐量最大化为准则,通过逐时隙联合优化用户本地计算和计算卸载模块,提出了一种在线滑动窗设计方案, 需要通过调整滑动窗长度M来实现。该方案逐时隙求解凸优化问题,基于离线资源动态管控的最优结构,实时制定资源管理策略,具有较低的计算复杂度。仿真实验结果表明,提出的在线滑动窗设计方案在系统计算吞吐量性能方面优于已有的基准方案,并在对抗信道/能量状态信息预测误差方面有较好的鲁棒性能。     

Edge offloading strategy for the multi-base station game in ultra-dense networks

Mobile edge computing provides powerful computing capabilities for the wireless network to enrich the user experience.However,in the current mobile edge computing network,the problems of small coverage density and hotspot overload of the central node should be skillfully overcome.The combination of the ultra-dense network and mobile edge computing can provide a feasible solution for addressing the above problems.A distributed edge computing architecture for ultra-dense networks is designed,and a multi-base station game offloading algorithm is proposed to minimize the system overhead.In the proposed algorithm,the lagrange multiplier method is used to solve the problem of computing resource allocation,and then the matching game theory is exploited to obtain the optimal offloading strategy,so that the mutual benefits of both users and mobile edge computing servers are maximized.Simulation results show that compared with the random and greedy offloading algorithms,the proposed algorithm achieves a significant reduction in the system overhead,with the average overhead saving being up to 28.66%.     

智慧医疗场景下考虑终端移动性的任务卸载策略

针对工作流任务、边缘服务器无线信号覆盖范围、智慧医疗场景以及终端移动路径,分别构建模型进行描述,根据移动终端的实时位置和移动速率构建基于移动路径的工作流任务执行时间及能耗模型. 根据边缘服务器的无线通信模型,引入任务执行延迟和任务迁移2种情况以保障服务的连续性和执行时间限制. 从全局角度综合考虑任务在云端、边缘服务器和本地的执行效益,设计工作流任务优先级划分算法和边缘服务器卸载优化算法,并使用遗传算法设计基于最佳移动路径的工作流任务卸载决策及调度算法,在可选路径中搜索满足用户响应时间约束,且移动端能耗最低的最佳路径和相应的任务卸载、调度方案. 仿真结果说明：该算法能够合理地分配计算资源,在用户响应时间约束下充分降低移动终端能耗,相较未考虑终端移动性的卸载算法,移动端能耗降低了19.8%.     

Optimization and Design of Cloud-Edge-End Collaboration Computing for Autonomous Robot Control Using 5G and Beyond

Robots have important applications in industrial production, transportation, environmental monitoring and other fields, and multi-robot collaboration is a research hotspot in recent years. Multi-robot autonomous collaborative tasks are limited by communication, and there are problems such as poor resource allocation balance, slow response of the system to dynamic changes in the environment, and limited collaborative operation capabilities. The combination of 5G and beyond communication and edge computing can effectively reduce the transmission delay of task offloading and improve task processing efficiency. First, this paper designs a robot autonomous collaborative computing architecture based on 5G and beyond and mobile edge computing(MEC). Then, the robot cooperative computing optimization problem is studied according to the task characteristics of the robot swarm. Then, a reinforcement learning task offloading scheme based on Q-learning is further proposed, so that the overall energy consumption and delay of the robot cluster can be minimized. Finally, simulation experiments demonstrate that the method has significant performance advantages.     

边缘计算中移动终端安全高效认证协议

针对移动终端计算能力较低和存储能力有限的问题,提出了适用于移动边缘计算环境的轻量级身份认证协议.该协议将密码学与物理层的安全保护技术相结合,利用对称密码体制降低移动终端在认证过程中的计算复杂度,以少量的计算量和较低的信息存储量完成移动终端与边缘服务器的相互认证与密钥协商,并且移动终端只需一次注册便可在移动边缘计算环境中随机漫游.安全性分析表明,该协议满足前向安全性、抗重放攻击性、抗中间人攻击性等安全特性.仿真结果表明,与其他认证方案相比,该方案在通信和计算成本方面有较好的性能优势.     

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.