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雾计算网络中基于移动感知的任务卸载和资源分配

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武汉大学学报（理学版） 2022年第3期68卷 335-346页

作者：陈雷中国刑事警察学院公安信息技术与情报学院辽宁沈阳110854

在雾计算网络中由于雾计算节点(fog computing node,FCN)有限的覆盖范围和用户的移动,导致用户很容易离开原雾节点的覆盖范围并产生任务执行结果的迁移,同时引起能量消耗和时间延迟,进而影响用户的收益。针对这些问题,在三层雾计算网络... 详细信息

在雾计算网络中由于雾计算节点(fog computing node,FCN)有限的覆盖范围和用户的移动,导致用户很容易离开原雾节点的覆盖范围并产生任务执行结果的迁移,同时引起能量消耗和时间延迟,进而影响用户的收益。针对这些问题,在三层雾计算网络中,通过分析用户驻留时间来考虑用户的移动性;通过任务卸载、FCN的选择和计算资源分配进行联合优化减少任务迁移概率,进而降低系统开销,最大化用户的总收益。该最大化问题被分解为任务卸载和资源分配两部分进行求解。在任务卸载方面,提出了基于基尼系数的雾计算节点选择算法;在资源分配方面,提出了基于遗传算法的分布式资源分配算法。仿真实验结果表明,本文算法与其他算法相比能获得更多的用户总收益。

关键词：雾计算网络基尼系数资源分配任务卸载

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基于激励的自主雾计算网络时延确定性服务

计算机工程与设计 2023年第7期44卷 1937-1943页

作者：张国威袁小伟胡春美曲阜师范大学网络空间安全学院山东曲阜273165

为应对雾计算网络中雾节点自主反馈服务能力造成的服务时延不确定性问题,提出一种基于激励的最佳性价比时延确定性卸载服务策略。综合考虑雾节点和终端节点特性,构建满足服务时延阈值的服务性价比最优化问题,推导得出卸载服务时延满足... 详细信息

为应对雾计算网络中雾节点自主反馈服务能力造成的服务时延不确定性问题,提出一种基于激励的最佳性价比时延确定性卸载服务策略。综合考虑雾节点和终端节点特性,构建满足服务时延阈值的服务性价比最优化问题,推导得出卸载服务时延满足阈值的条件。终端节点通过设定初始服务价格,根据时延确定性条件调整价格激励自主雾节点提供更强的服务能力,得到满足时延阈值条件的最佳性价比卸载策略。仿真结果表明,所提算法可以提供性价比最高的时延确定性卸载服务。

关键词：雾计算网络自主性节点卸载服务时延确定性价格激励服务性价比最优化服务

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能耗最小化的无人机辅助雾计算网络优化设计

能耗最小化的无人机辅助雾计算网络优化设计

作者：张立彤北京交通大学

学位级别：硕士

为支持物联网中兴起的各类时延敏感型应用,满足小型设备数据处理需求,需要增强数据处理能力,降低数据传输时间。雾计算技术,通过在网络边缘部署具有较强计算能力服务器的方式,为网络中的设备提供高效计算服务的同时能够满足低时延的要... 详细信息

为支持物联网中兴起的各类时延敏感型应用,满足小型设备数据处理需求,需要增强数据处理能力,降低数据传输时间。雾计算技术,通过在网络边缘部署具有较强计算能力服务器的方式,为网络中的设备提供高效计算服务的同时能够满足低时延的要求。因此,受到了学术界和产业界的广泛关注。近年来,无人机因其具有体积小,成本低,易于部署等特点,在各行各业得到了广泛应用。在无线通信网络中,无人机可与地面建立良好的视距传输链路,提升数据传输的效率。在雾计算网络中,因无人机具有移动性强等优点,对无人机进行研究成为了十分有前途的方向。然而无人机受自身体积限制,飞行过程中载能有限。因此,如何在保证其完成任务的前提下进行无人机能耗优化设计,存在一定的挑战。综上,本文针对无人机辅助雾计算网络中的两种具有代表性的模型进行研究,具体创新工作如下:(1)针对无人机辅助雾计算网络中无人机作为移动的雾服务器场景进行研究。由于物联网中大量的传感器设备自身能量有限,因此,无人机在提供计算服务的同时也作为移动能量源为传感器设备供能。无人机首先向地面传感器广播射频能量,地面传感器使用收集到的能量进行本地计算或者将数据卸载到无人机进行计算。除完成计算任务外,传感器还将储存一定的能量来保证正常运行。为保证传感器完成任务的同时最小化无人机的能量消耗,建立了数学优化模型。由于所建立优化问题是个复杂的非凸问题,于是在凸优化理论的基础上,提出了基于连续凸近似的联合优化算法。为了使设计更加符合实际场景,考虑了无人机的速度变化约束,并分析符合实际电路特性的非线性能量收集模型对系统的影响。通过对比不同的优化方案,实验结果表明所提算法能够有效降低无人机的能耗,并且所提联合优化算法的优化效果最好。(2)针对无人机辅助雾计算网络中无人机作为移动数据节点的场景进行研究。无人机在飞行过程中可以将数据卸载到具有更强大计算能力的地面雾服务器进行计算。为了实现在完成无人机数据计算需求的前提下最小化无人机的能量消耗,建立了数学优化模型。由于所建问题非凸,设计了基于块交替迭代理论的联合无人机飞行轨迹与发射功率优化算法,在分块优化过程中,将子问题近似为凸问题,利用标准凸技术进行求解。并引入了更加实际的无人机飞行约束设计。通过仿真实验对所提算法的有效性进行验证,在不同的计算数据量下都能够得到有效的轨迹和发射功率规划,并且所采用的联合优化算法所得到的优化效果最佳。

关键词：无人机雾计算网络能耗优化凸优化

基于区块链的雾网络中的任务卸载优化方案研究

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电子与信息学报 2022年第7期44卷 2440-2448页

作者：黄晓舸刘鑫何勇陈前斌重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆400065

当前物联网(IoT)应用的快速增长对用户设备的计算能力是一个巨大的挑战。雾计算(FC)网络可为用户设备提供近距离、快速的计算服务,为资源紧张,计算能力有限的用户设备提供了解决方案。该文提出一个基于区块链的雾网络模型,该模型中用户... 详细信息

当前物联网(IoT)应用的快速增长对用户设备的计算能力是一个巨大的挑战。雾计算(FC)网络可为用户设备提供近距离、快速的计算服务,为资源紧张,计算能力有限的用户设备提供了解决方案。该文提出一个基于区块链的雾网络模型,该模型中用户设备可以将计算密集型任务卸载到计算能力强的节点处理。为最小化任务处理时延和能耗,引入两种任务卸载模型,即设备到设备(D2D)协作群组任务卸载和雾节点(FNs)任务卸载。此外,针对雾计算网络任务卸载过程的数据安全问题,引入区块链技术构建去中心化分布式账本,防止恶意节点修改交易信息,实现数据安全可靠传输。为降低共识机制时延和能耗,提出了改进的基于投票的委托权益证明(DPoS)共识机制,得票数超过阈值的FNs组成验证集,验证集中的FN轮流作为管理者生成新区块。最后,以最小化网络成本为目标,联合优化任务卸载决策、传输速率分配和计算资源分配,提出任务卸载决策和资源分配(TODRA)算法进行求解,并通过仿真实验验证了该算法的有效性。

关键词：任务卸载雾计算网络区块链资源分配

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基于边缘计算的系统资源优化算法研究

基于边缘计算的系统资源优化算法研究

作者：肖楠华北电力大学

学位级别：硕士

多接入边缘计算(Multi-access Edge Computing,MEC)网络提供了卸载更快速、资源更丰富的新型组网方式,为复杂计算任务的快速处理带来了可实现方案。无人驾驶飞行器(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)辅助的MEC网络使得网络部署和接入更灵活... 详细信息

多接入边缘计算(Multi-access Edge Computing,MEC)网络提供了卸载更快速、资源更丰富的新型组网方式,为复杂计算任务的快速处理带来了可实现方案。无人驾驶飞行器(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)辅助的MEC网络使得网络部署和接入更灵活、覆盖范围更广泛。在应急通信和低成本覆盖等情景下,针对用户匹配和卸载方式进行优化是提升MEC系统效用的重要方法。针对无线携能通信(Simultaneous Wireless Information and Power Transfer,SWIPT)的MEC网络结构,论文提出了一种适用于多用户和多网络边缘服务器的用户匹配算法。首先,综合考虑用户的需求差异性和多元化能量供给,建立了基于计算资源、传输资源和能量资源的系统效用函数;接着以系统效用最大化为目标,采用基于多维背包理论的多轮拍卖算法进行最佳用户匹配;最后仿真验证了所提用户匹配算法的有效性与可靠性。针对UAV辅助的MEC网络,综合考虑UAV的能级状态、各网络等级卸载成本与成功卸载奖励函数,论文提出了一种基于能量等级和综合性能评价的多级MEC网络资源优化算法。首先建立了UAV辅助的多级MEC网络资源优化模型,并给出了不同卸载级别对应的能耗和时延等计算方法;接着以系统效用函数最大化为目标,采用马尔科夫决策(Markov Decision Processes,MDP)算法求解获得最优卸载策略。仿真结果表明,提出的算法可优化系统资源配置,有效提高计算卸载系统效用函数和用户体验。雾计算将边缘服务器进一步小型化、离散化,可显著的减少通信延迟,提高网络容量。在UAV和雾节点可以进行数据中继或卸载的条件下,考虑通信信道质量、异构网络接入和多级卸载选择,论文提出了一种基于UAV辅助的多级雾计算(Mobile Fog Computing,MFC)网络资源优化算法。建立资源优化模型,并应用MDP算法求解获得最优的卸载策略。最后通过仿真对比分析了MEC与MFC两种网络结构的性能和适用场景。

关键词：多接入边缘计算网络无人驾驶飞行器雾计算网络多轮拍卖算法马尔可夫决策算法