边缘计算场景下资源联合分配算法研究

来源 :武汉理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yangguaiguai
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着高性能计算技术的快速发展与智能设备的广泛普及,4K/8K高清视频、虚拟现实等新型应用服务正逐步走进人们的日常生活。然而,这些应用服务产生的计算任务通常具有计算密集或时延敏感特性,给通信与计算能力有限的用户设备带来了严峻的挑战。移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)是基于5G演进,将移动接入网与互联网业务深度融合的一种新的计算范式,旨在将云计算与云存储功能拉近到网络边缘,为用户创造出一个具备高性能、低时延与高带宽的网络服务环境。不同于中心化的云计算平台,MEC服务器提供的资源有限,多用户计算卸载会带来网络阻塞与高时延等问题,无法满足用户多样化服务质量(Quality of Service,Qo S)需求,如何提高计算卸载效率与优化网络资源分配是目前研究面临的主要难点。为此,本文从用户多样化Qo S需求出发,对边缘计算场景下资源联合分配算法进行深入的研究。主要研究内容如下:(1)边缘计算场景下计算卸载研究。计算任务产生具有动态性和不可预测性,若不对任务类型加以区分,直接将全部任务卸载至MEC服务器进行处理会导致上行链路阻塞,也会对网络寿命产生较大影响。针对上述问题,构建多用户MEC系统模型,以时延、用户设备发射功率、无线接入点(Access Point,AP)计算资源等作为约束条件,构建以最大化网络寿命为优化目标的优化问题,提出一种任务动态卸载算法,实现延长网络寿命。具体而言,首先提出一种计算任务分类算法,将任务分为本地执行集、卸载集和丢弃集;然后针对卸载集中的任务,提出一种卸载优先级算法,通过定义任务卸载优先级成本函数,比较成本大小以获得卸载任务的优先级;最后提出一种AP卸载决策算法,根据AP计算资源状态来决定任务是否卸载至MEC服务器。通过仿真与其他算法进行性能对比,验证所提算法的有效性。(2)边缘计算场景下通信与计算资源联合分配算法研究。多用户同时向MEC服务器发起计算卸载会产生严重的干扰问题,导致传输速率下降,任务卸载数减少。针对上述问题,研究通信与计算资源联合分配问题,以时延、带宽及计算资源等作为约束条件,构建以最大化任务卸载数为优化目标的优化问题,将优化问题分解为两个子问题,提出一种低复杂度的两阶段启发式算法,有效增加任务卸载数。具体而言,首先采用超图着色法解决带宽资源预分配问题;然后根据设备能耗分析用户设备卸载收益,并通过应用上下行链路对偶方法将MEC服务器资源分配子问题转化为凸问题进行求解。通过仿真与其他算法进行性能对比,验证所提算法的有效性。(3)边缘计算场景下通信、计算与缓存资源联合分配算法研究。同一个MEC服务器覆盖范围内的用户设备通常会频繁地请求相同的任务,不仅占用额外的信道资源,也会增加MEC服务器的计算负载。针对上述问题,研究通信、计算与缓存资源联合分配问题,以时延、虚拟机(Virtual Machine,VM)负载、缓存决策等作为约束条件,构建以最大化缓存增益为优化目标的优化问题。受经典Gale-Shapley匹配理论启发,提出一种全双工动态匹配算法,包括用户设备与任务匹配、任务与VM匹配、任务与磁盘匹配三阶段,有效提高MEC服务器的缓存增益。通过仿真与其他算法进行性能对比,验证所提算法的有效性。
其他文献
乳腺癌在我国的发病率呈上升趋势,主要通过乳腺核磁等影像学的手段来进行诊断,通过影像可观察到一些细节并且给出与诊断有关的参考意见,具有很大意义。然而,乳腺癌是一种高度异质疾病,医生通过医学图像诊断需要参考多个指标进行分析,其中病理学分级诊断还需对病灶组织进行活检,使得乳腺疾病精确诊断难度加大。本文实现了乳腺磁共振动态对比增强图像(Dynamic contrast enhanced MRI,DCE-M
学位
随着我国经济和全球经济一体化的快速发展,全球贸易运输日益频繁,船舶作为海上最重要的交通工具,其数量逐年剧增,港口内外及附近海域的船舶往来更加密集,船舶的准确识别分类在港口的监管调度、目标分类和水上安全等方面显得愈加重要。然而传统的图像分类方法难以根据船舶图像特点提取关键有效的船舶特征,分类准确度不高。针对这一问题,本文构建了包含九类船舶可见光图像的分类数据集,基于深度学习技术对船舶图像分类进行研究
学位
移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)允许用户设备将其任务卸载到具有丰富计算资源且距离用户较近的边缘服务器上,从而大幅减少用户设备的负载。此技术的出现为物联网、车联网和智慧城市等场景的实现带来可能性。新型5G网络在传输速率上带来了巨大的突破。结合5G网络的MEC使任务的执行延迟和数据传输时间延迟更小,并且可以显著提高用户体验。在边缘计算中,评价用户体验的客观指标为用户使
学位
在机械设备、建筑、铁路、桥梁以及高铁等工程结构上,应变是结构健康监测的关键评价指标,基于无线通信技术的应变传感器在结构健康监测领域得到了越来越广泛的应用。这种面向工程结构健康监测的无线传感技术正向具有高精度、高速率、高可靠性的分布式测量系统方向发展。本文针对基于WIFI无线传感器网络的应变测量系统,重点研究了多个传感器组网高速同步采集控制方法,保证其同步测量数据时效性;同时针对高速数据采集过程中不
学位
视觉目标跟踪是计算机视觉领域最具有挑战性的任务之一,现阶段被广泛应用于智能监控、无人机跟踪和机器人导航等领域。目前,在多种复杂场景下实现高准确性的跟踪仍有很大的提升空间,强抗干扰与高鲁棒性的跟踪算法成为研究热点。制约跟踪器性能主要的原因一是训练样本极少,由于准确的样本只有提供的第一帧,导致算法所建模型不能很好地表达目标;二是复杂场景的干扰,在许多具有挑战性的视频序列中,目标受到遮挡、变形和旋转等干
学位
多机器人系统是机器人技术中最具有挑战性的研究领域,通过多个机器人之间的协同工作,能够完成传统单一机器人难以完成的任务,当今许多行业都依赖于多机器人系统的使用。多移动机器人系统能否高效运行与移动机器人的任务分配方案和路径规划方法有着密不可分的关系。而实际多机器人系统在工作时,随着机器人的移动可能会出现路径冲突、机器人故障等特殊事件的发生,因此需要根据系统的状态动态调整各个机器人的任务序列及行驶路径。
学位
随着制造业的发展,人机协作成为工业智能制造领域的研究热点。工业人机协作将人的灵活性与工业机器人的高效性进行融合,在当代生产制造环节中得到广泛应用。实际生产过程中,为保障操作人员进行安全的人机协作,要求工业机器人在执行任务过程中可以实时准确地感知完整的人体三维空间点云数据。因此,为给工人提供有力的安全保障,需要工业机器人具备更加智能化的感知能力,但是目前缺少可以同时满足实时性和准确性多方面要求的人体
学位
再制造的发展有利于保护环境和节约资源。作为再制造的重要步骤,废旧产品拆解往往是由人或者机器人单独完成。人工拆解虽然灵活度较高但拆解效率较低,机器人拆解虽然稳定高效但灵活性较低,较难灵活拆解具有复杂结构的零件。人机协作拆解指人和机器人在一个工作空间内协同工作,发挥各自拆解能力的优势,共同完成拆解任务。在人机协作拆解过程中,考虑到机器人的结构和运动特性,机器人需要将协同工作区间内的人体视为障碍物进行避
学位
正电子断层成像(Positron Emission Tomography,PET)技术作为目前核医学领域较为先进的成像技术,其优缺点都较为明显。PET成像在早期诊断及治疗评估方面都有不俗的表现,但相对于CT和MRI,由于其成像原理,PET图像的分辨率及信噪比都较低。并且,PET成像需要注射示踪剂,其辐射会对病人造成疾病之外的伤害,但为此减少注射计量则会导致成像的质量进一步下降,因此如何改善低剂量的
学位
工业机器人由于其高效且稳定的特点,被广泛应用于单一产品的组装环节。近年来随着机器视觉技术的发展,基于视觉引导的工业系统成为研究的热点。拆卸场景相比于装配环节更为复杂,面临产品内部组件的完整性与空间位置的不确定性的考验,需要工业机器人具有更强的智能性与自主感知环境的能力。目前已有不少研究成果将机器视觉运用在拆卸领域中,但大多数方法仍基于人工选取特征,需要依赖于专业的知识背景,且对生产环境的稳定性要求
学位