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,D2D）技术协作下的卸载方式详细阐述了计算卸载技术研究现状,分析和总结了该领域已有研究成果;对该领域的未来研究方向进行了思考,并给出了该领域面临的一些问题和挑战。     

移动边缘计算中基于粒子群优化的计算卸载策略

计算卸载作为移动边缘计算（MEC）中降低时延与能耗的手段之一,通过合理的卸载决策能够降低工业成本。针对工业生产线中部署MEC服务器后时延变长和能耗增高的问题,提出了一种基于粒子群优化（PSO）算法的计算卸载策略PSAO。首先,将实际问题建模为时延模型与能耗模型。由于是针对时延敏感型的应用,因此将模型转化为在能耗约束条件下的最小化时延问题,使用惩罚函数来平衡时延与能耗。其次,根据PSO算法优化后得到计算卸载决策向量,通过集中控制的方式使每一个计算任务合理分配到对应的MEC服务器。最后,通过仿真实验,对比分析了本地卸载策略、MEC基准卸载策略、基于人工鱼群算法（AFSA）的卸载策略以及PSAO的时延数据,PSAO的平均总时延远远低于其他三种卸载策略,PSAO比原来系统总代价降低了20%。实验结果表明,PSAO策略能够降低MEC中的时延,均衡MEC服务器的负载。     

基于终端直通通信的多用户计算卸载资源优化决策

随着计算密集和时延敏感类应用的激增,移动边缘计算（MEC）被提出应用在网络边缘为用户提供计算服务。针对基站（BS）端边缘服务器计算资源有限以及网络边缘用户远距离计算卸载的时延较长等问题,提出了基于终端直通（D2D）通信的多用户计算卸载资源优化决策,将D2D融入MEC网络使用户以D2D方式直接卸载任务到相邻用户处执行,从而能够进一步降低卸载时延和能耗。首先,以最小化包括时延和能耗的系统计算总开销为优化目标,建模多用户计算卸载和多用户计算资源分配的联合优化问题;然后,将求解该问题看作是一个D2D配对过程,并提出基于稳定匹配的低复杂度的多用户计算卸载资源优化决策算法;最后,迭代求解D2D卸载的优化分配决策。通过理论证明分析了所提算法的稳定性、最优性和复杂度等特性。仿真结果表明,所提算法相较于随机匹配算法能够有效降低10%~33%的系统计算总开销,并且其性能非常接近最优的穷举搜索算法。可见,所提基于D2D卸载的决策有利于改善时延和能耗开销性能。     

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,高速公路场景下车辆移动性与边缘服务器静态部署的矛盾给计算卸载的可靠性带来了挑战。针对高速公路环境的特点,研究了临近车辆提供计算服务的可能性。通过联合MEC服务器和车辆的计算资源,设计并实现了一个基于深度强化学习的协同计算卸载方案,以实现在满足任务时延约束的前提下最小化所有任务时延的目标。仿真实验结果表明,相比于没有车辆协同的方案,所提方案可以有效降低时延和计算卸载失败率。     

改进人工蜂群算法及其在边缘计算卸载的应用

移动边缘计算（MEC）通过将算力下沉到网络边缘来降低计算时延和设备能耗。针对计算密集型和时延敏感型应用场景,提出了一种单多维动态种群策略的人工蜂群算法（OMABC）来实现计算任务的卸载。建立一个包含云服务器的边缘计算卸载模型,并构建一个以能耗为惩罚项的代价函数;将计算任务的卸载决策转化为人工蜂群算法对代价函数的寻优过程。通过仿真实验,在CEC 2017测试函数上验证了OMABC的有效性,并在边缘计算模型仿真中与本地卸载策略、随机卸载策略、基于粒子群算法（PSO）的卸载策略、基于人工蜂群算法（ABC）的卸载策略进行对比。实验结果表明,基于OMABC的边缘计算卸载策略能够有效降低MEC系统的时延及代价函数,提供更高效的服务。     

无人机辅助的服务缓存边缘计算最优计算卸载决策与资源分配

边缘计算中利用无人机作为边缘节点进行动态部署,能够适应复杂的环境,大大提升边缘计算系统的性能.本文提出利用无人机辅助的服务缓存边缘计算最优计算卸载和资源分配策略.此策略在确定无人机3D位置和边缘服务器中服务的部署,以实现在时延约束下最小化能耗的目的.具体来说,首先,建立本地计算模型和MEC计算模型,计算出任务的处理时延和能耗;其次,在服务缓存、时延约束等条件下,建立最小化能耗的数学模型;最后,采用遗传算法框架对目标问题进行求解.求解过程采用双层优化方法,外层层将无人机3D位置和服务缓存方案放入基因编码,内层先利用贪心的思想确定资源分配,再将问题转化为整数线性规划问题进行求解.通过仿真证明了本文所提出算法的可行性和优越性.     

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...     

工业物联网中基于SMDP的协同卸载方案

为解决工业物联网(IIoT)场景中计算资源紧缺的问题,在IIoT中引入边缘计算技术,充分利用并合理分配多接入边缘计算(MEC)服务器有限的计算能力解决IIoT中部分计算任务。首先通过分析IIoT中工业设备进行服务请求和小区范围内的MEC服务器接受服务请求这一过程,构建了多MEC协同计算卸载模型;其次,基于模型中需要分析复杂的系统环境信息并进行序列决策的特点,将系统时延和能耗总收益最大化的资源分配问题构建为半马尔可夫决策过程(SMDP);然后依据边缘网络中的通信传输时延和MEC计算资源构建折扣奖励函数,利用贝尔曼方程分析系统状态并得到状态值函数;最后根据状态值函数和折扣奖励,通过SMDP的状态值迭代获得最佳卸载和资源分配方案。仿真结果表明,所提方案优化了系统拒绝服务率以及系统效益。     

基于稳定匹配的多用户任务卸载策略

随着许多计算密集型应用的出现,移动设备因其有限的计算能力无法满足用户时延、能耗等需求。移动边缘计算（MEC）通过无线信道将用户的任务计算卸载到MEC服务器,从而显著减少任务响应时延和能耗。针对多用户任务卸载问题,提出了基于稳定匹配的多用户任务卸载策略（MUTOSA）,在保证用户的时延要求下达到能耗最小化。首先,在综合考虑时延与能耗的基础上,对独立任务场景下的多用户任务卸载问题进行建模;然后,基于博弈论的稳定匹配中的延迟接收思想,提出了一种调整策略;最后,通过不断迭代,解决了多用户任务卸载问题。实验结果表明,该策略相较于基准策略和启发式策略能够满足更多用户的时延要求,平均提高约10%的用户满意度,并能减少约50%的用户设备总能耗。所提策略在保证用户时延要求的同时有效地减少了能耗,可以有效地提高用户对于时延敏感型应用的体验。     

无人机辅助移动边缘计算中的任务卸载算法

无人机（UAV）灵活机动、易于部署，可以辅助移动边缘计算（MEC）帮助无线系统提高覆盖范围和通信质量，但UAV辅助MEC系统研究中存在计算延迟需求和资源管理等挑战。针对UAV为地面多个终端设备提供辅助计算服务的时延问题，提出一种基于双延迟深度确定性策略梯度（TD3）的时延最小化任务卸载算法（TD3-TOADM）。首先，将优化问题建模为在能量约束下的最小化最大计算时延的问题；其次，通过TD3-TOADM联合优化终端设备调度、UAV轨迹和任务卸载比来最小化最大计算时延。仿真实验分析结果表明，与分别基于演员-评论家（AC）、深度Q网络（DQN）以及深度确定性策略梯度（DDPG）的任务卸载算法相比，TD3-TOADM得到的计算时延减小了8.2%以上。可见TD3-TOADM能获得低时延的最优卸载策略，具有较好的收敛性和鲁棒性。     

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...     

移动边缘计算中基于改进拍卖模型的计算卸载策略

随着移动互联网业务的快速发展,增强现实、虚拟现实、超清视频等手机应用逐渐普及、IoT应用不断涌现,计算能力和续航能力的不足成为限制智能终端设备成功支撑这些应用的主要瓶颈。针对这一现状,采用计算卸载的方式解决该问题,在多用户多移动边缘服务器的场景下,综合考虑智能设备性能和服务器资源提出了一种基于改进拍卖算法的计算卸载策略。该策略主要包括两个阶段,在卸载决策阶段,通过综合考虑计算任务自身大小、计算需求和服务器计算能力、网络带宽等因素提出了卸载决策的依据;在任务调度阶段,通过综合考虑计算任务的时间需求和MEC服务器计算性能提出了基于改进拍卖算法的任务调度模型。实验证明,提出的计算卸载策略能够有效地降低服务时延,减少智能设备能耗,改善用户体验。     

基于光纤-无线网络的协同计算卸载算法

随着无源光网络的发展,光纤-无线网络能同时支持集中式云和边缘云计算技术,成为一种具有发展前景的网络结构。但是,现有的基于光纤-无线网络的任务协同计算卸载研究主要以最小化移动设备的能耗为目标,忽略了实时性高的任务的需求。针对实时性高的任务,提出了以最小化任务的总处理时间为目标的集中式云和边缘云协同计算卸载问题,并对其进行形式化描述。同时,通过将该问题归约为装箱问题,从而证明其为NP难解问题。提出一个启发式协同计算卸载算法,该算法通过比较不同卸载策略的任务处理时间,优先选择时间最短的任务卸载策略。同时,提出一个定制的遗传算法,获得一个更优的任务卸载策略。实验结果表明,与现有的算法相比,本文提出的启发式算法得到的任务卸载策略平均减少4.34%的任务总处理时间,而定制的遗传算法的卸载策略平均减少18.41%的任务总处理时间。同时,定制的遗传算法的卸载策略与本文提出的启发式算法相比平均减少14.49%的任务总处理时间。     

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.     

多设备间任务依赖的最佳卸载决策和资源分配

考虑了多个设备的移动边缘计算(mobile edge computing, MEC)与端对端(device-to-device, D2D)技术协作网络, 其中多个无线设备的最终输出作为另一个设备上某个子任务的输入. 为了最小化无线设备的能耗和任务完成时间的加权和, 研究了最优的资源分配(卸载发射功率和本地CPU频率)和任务卸载决策问题. 首先固定卸载决策, 推导出卸载发射功率和本地CPU频率的闭合表达式, 运用凸优化方法求出该问题的解. 然后基于一次爬升策略提出了一种低复杂度线性搜索算法, 该算法可以在线性时间内获得最佳卸载决策. 数值结果表明, 该策略的性能明显优于其他有代表性的基准测试.     

面向IoT的两级多接入边缘计算节能卸载策略

多接入边缘计算（multi-access edge computing,MEC）技术将计算和存储资源下沉到网络边缘,可大幅提高物联网（Internet of things,IoT）系统的计算能力和实时性。然而,MEC往往面临计算需求增长和能量受限的约束,高效的计算卸载及能耗优化机制是MEC技术中重要的研究领域。为保证计算效率的同时最大程度提升计算过程中的能效,提出了两级边缘节点（edge nodes,ENs）中继网络模型,并设计了一种计算资源及信道资源联合优化的最优能耗卸载策略算法（optimal energy consumption algorithm,OECA）。将MEC中的能效建模为0-1背包问题;以最小化系统总体能耗为目标,系统自适应地选择计算模式和分配无线信道资源;在Python环境下仿真验证了算法性能。仿真结果表明,相比于基于有向无环图的卸载策略算法（directed acyclic graph algorithm,DAGA）,OECA可将网络容量提升18.3%,能耗缩减13.1%。