CN112887435A - 一种提高边缘计算中任务卸载合作率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及移动边缘计算技术领域,尤其涉及一种提高边缘计算中任务卸载合作率的方法。本发明通过在基站建立奖金池,边缘服务器设定偏好因子,收到卸载任务请求后,根据偏好因子按照预设的方法计算预期收益并定价,移动设备根据定价与卸载任务的延迟对边缘服务器进行排序,计算服务器选择因子,同时边缘服务器也可以根据任务选择因子的大小对卸载任务进行选择,任务完成后获得报酬和奖励金,根据奖励金更新奖金池和偏好因子,本发明充分利用边缘服务器的空闲资源,协助负载过重的移动设备卸载任务,降低移动设备的计算成本,提高移动设备的收益,提高边缘计算中任务卸载合作率。
Description
技术领域
本发明涉及移动边缘计算技术领域,尤其涉及一种提高边缘计算中任务卸载合作率的方法。
背景技术
移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)是5G网络中移动边缘网络与Internet服务的结合,是将核心业务下沉到移动网络的边缘,在网络边缘部署存储和计算资源,为移动网络提供计算服务和IT服务环境,从而为移动用户提供低时延、高带宽的网络服务。移动边缘计算的服务器是从移动基站或其附属的服务器扩展到网络边缘具有计算和存储能力的所有设备,如车联网中的车辆、路边单元,摄像头、机顶盒等嵌入式设备,路由器,或智能手机等用户终端。任务卸载是移动边缘计算中关键技术之一,是将资源受约束设备的计算密集的任务卸载到终端设备附近的边缘服务器,边缘服务器作为边缘服务器为终端设备提供低时延、强大的计算服务。因此,在边缘计算中边缘服务器协作用户卸载计算是非常重要的。
由于边缘服务器提供卸载服务需要消耗计算资源和网络资源,同时还会产生大量能耗。由于边缘服务器的私有性,边缘服务器的所有者将不愿主动提供任务卸载服务。在现有技术中,为了实现上述移动边缘计算,主要通过基站根据卸载任务的大小,将卸载任务随机分配至可用边缘服务器,当边缘服务器拒绝提供卸载服务时,再进行下一次分配,直至找到合适的边缘服务器。
在上述移动边缘计算过程中,移动设备、基站和边缘服务器为相对独立的单元,卸载任务由基站进行随机分配,任务卸载的合作率低,且费时费力。
发明内容
基于此,本发明针对上述技术问题,通过设置奖金池和奖励模型,根据移动边缘计算过程参与者的支出或收益情况,对于完成移动边缘计算过程的边缘服务器根据获得的奖金更新风险偏好,其中的风险偏好影响边缘服务器的预期收益及其任务定价,另通过计算相关的服务器选择因子和任务选择因子实现双向选择,从而提高边计算中任务卸载合作率,同时提高移动设备和边缘服务器的收益。
一种提高边缘计算中任务卸载合作率的方法,应用于移动边缘计算过程,具体包括:
所述移动设备将任务卸载请求信息通过基站发送至边缘服务器;
所述边缘服务器根据任务卸载请求信息采用预设的收益计算方法计算预期收益及预期收益率;并根据所述预期收益和处理所述任务的成本向所述基站提交任务定价;
所述移动设备根据获取的任务定价以及卸载任务的时延计算服务器选择因子,并选择服务器选择因子最小的边缘服务器进行卸载任务;当多个移动设备同时选择第一边缘服务器时,所述第一边缘服务器根据任务定价和任务大小计算任务选择因子,选择任务选择因子最小的任务;
所述边缘服务器执行完成任务后将结果返回任务所对应的第一移动设备,所述第一移动设备根据任务定价向基站付款,基站向边缘服务器发放确定的报酬和根据奖励模型确定奖励金;
根据所述奖励金更新基站奖金池,所述边缘服务器根据奖励金更新风险偏好因子。
进一步的,所述奖励模型建立具体包括:
将预设时间段的任务进行随机编号,所述编号由M个号码组成,每个号码的取值为1-N,当该预设时间段的任务完成后,确定中奖号码及中奖等级;
当任务编号与中奖号码有M个相同数字时,执行所述任务编号的边缘服务器获得一等奖;
当任务编号与中奖号码有M-1个相同数字时,执行所述任务编号的边缘服务器获得一等奖;
任务编号与中奖号码有M-2个相同数字时,执行所述任务编号的边缘服务器获得一等奖;其他为不中奖;
进一步的,所述边缘服务器根据任务卸载请求信息采用预设的收益计算方法计算预期收益及预期收益率,具体包括:
边缘服务器i的预期收益率Pwi为:
其中,表示边缘服务器i前t-1轮卸载任务获得的奖励金之和,表示边缘服务器i前t-1轮卸载任务为获得奖励金付出的成本之和;Eri t为预期收益,plot为边缘服务器i执行本轮卸载任务为获得奖励金的付出成本;
预期收益的计算方法分为多种情况计算公式如下:
当未中奖时,边缘服务器i的预期收益Eri t可以表示为
当边缘服务器i中小奖且t-1轮没有中一等奖时,预期收益Eri t可以表示为
当t-1轮有其他边缘服务器中一等奖时,此时边缘服务器i第t轮的预期收益Eri t可以表示为
当边缘服务器i在t-1轮中一等奖时,此时边缘服务器i第t轮的预期收益Eri t可以表示为
边缘服务器i卸载任务的成本可表示为
进一步的,边缘服务器i的对移动设备j的任务τj的定价为
所述服务器选择因子具体为:
其中,0<δψ<1为常数,delayi,j为边缘服务器i卸载任务τj的时间延迟。进一步的,所述任务选择因子具体为:
其中,pi,j为边缘服务器i卸载任务τj获得的确定的报酬,Eri为边缘服务器i的预期收益,plot为基站给出的奖励金的参考值。
进一步的,所述移动设备向基站付款额为bi,j+γRplot,基站向边缘服务器发放的报酬为pi,j=bi,j。
进一步的,所述基站奖金池更新具体为:
进一步的,所述边缘服务器的风险偏好因子δi更新的公式为:
有益效果:
本发明通过将移动设备、基站和边缘服务器进行相互关联,基站设置有奖金池,当边缘服务器获得任务卸载请求时,先计算相关的预期收益和成本反馈给移动设备,移动设备和边缘服务器根据选择因子进行双向选择,边缘服务器执行完任务后,获得相应的报酬和奖励金,根据获得的奖励金,更新奖金池和边缘服务器偏好因子,所述偏好因子决定预期收益的大小并决定边缘服务器的成本确定,提高边缘计算中任务卸载的合作效率,充分利用边缘服务器的空闲资源,协助负载过重的移动设备卸载任务,降低移动设备的计算成本,提高移动设备和边缘服务器的收益。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种提高边缘计算中任务卸载合作率的方法的流程图;
图2为本发明实施例提供的一种提高边缘计算中任务卸载合作率的方法的实例图;
图3为本发明实施例提供的边缘服务器合作率比较图;
图4为本发明实施例提供的移动设备收益比较图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,在本发明实施例中,提出了一种提高边缘计算中任务卸载合作率的方法的流程图,具体包括以下步骤:
步骤S101,所述移动设备将任务卸载请求信息通过基站发送至边缘服务器。
在本发明实施例中,所述移动设备为计算资源不足的设备作为购买资源的买家;所述基站为可信第三方,用于信息的传递,收款或发放酬金,并设立有奖金池以及奖励模型,所述奖励模型具体包括:
将预设时间段获得的卸载任务进行随机编号,所述编号由M个号码组成,每个号码的取值为1-N,当该预设时间段的任务完成后,确定中奖号码及中奖等级;当任务编号与中奖号码有M个相同数字时,执行所述任务编号的边缘服务器获得一等奖;当任务编号与中奖号码有M-1个相同数字时,执行所述任务编号的边缘服务器获得一等奖;任务编号与中奖号码有M-2个相同数字时,执行所述任务编号的边缘服务器获得一等奖;其他为不中奖。各等奖的中奖概率如公式(1)。
一二等将的奖金如公式(2)所示:
所述的任务卸载请求信息具体包括任务大小,移动设备可接受的任务最大时延,当基站获得任务卸载请求信息后,向所有可用的边缘服务器广播移动设备。
步骤S102,所述边缘服务器根据任务卸载请求信息采用预设的收益计算方法计算预期收益及预期收益率;并根据所述预期收益和处理所述任务的成本向所述基站提交任务定价。
在本发明实施例中,所述边缘服务器i的预期收益率Pwi为:
其中,表示边缘服务器i前t-1轮卸载任务获得的奖励金之和,表示边缘服务器i前t-1轮卸载任务为获得奖励金付出的成本之和;Eri t为预期收益,plot为边缘服务器i执行本轮卸载任务为获得奖励金的付出成本。
在本发明实施例中,预期收益的计算方法分为多种情况计算公式如下:
当未中奖时,边缘服务器i的预期收益Eri t可以表示为
当边缘服务器i中小奖且t-1轮没有中一等奖时,预期收益Eri t可以表示为:
当t-1轮有其他边缘服务器中一等奖时,此时边缘服务器i第t轮的预期收益Eri t可以表示为:
当边缘服务器i在t-1轮中一等奖时,此时边缘服务器i第t轮的预期收益Eri t可以表示为:
边缘服务器i卸载任务的成本可表示为
步骤S103,所述移动设备根据获取的任务定价以及卸载任务的时延计算服务器选择因子,并选择服务器选择因子最小的边缘服务器进行卸载任务;当多个移动设备同时选择第一边缘服务器时,所述第一边缘服务器根据任务定价和任务大小计算任务选择因子,选择任务选择因子最小的任务。
步骤S104,所述边缘服务器执行完成任务后将结果返回任务所对应的第一移动设备,所述第一移动设备根据任务定价向基站付款,基站向边缘服务器发放确定的报酬和根据奖励模型确定奖励金。
在本发明实施例中,移动设备向基站付款为bi,j+γRplot,其中γR为奖池系数。基站向边缘服务器发放的确定的报酬pi,j为pi,j=bi,j。其中奖励金根据中奖情况发放奖励金。
步骤S105,根据所述奖励金更新基站奖金池,所述边缘服务器根据奖励金更新风险偏好因子。
在本发明实施例中,第t+1轮的奖金池的计算公式为
在本发明实施例中,在上一轮的奖励金确定后,边缘服务器的风险偏好因子δi更新的公式为
当边缘服务器获得随机奖励金时,其风险喜好程度增加。风险喜好程度越强,边缘服务器的预期收益率越高,边缘服务器卸载任务的预期收益越大,相应地对卸载任务的定价越低。即我们通过随机奖励金的方法,能够激励更多的边缘服务器卸载任务,提高边缘计算中任务卸载合作率,同时提高移动设备的收益。
以下以具体的实例进行进一步说明。
在本实例中,假设网络有3个边缘服务器E1,E2,E3、4个具有请求任务的移动设备N1,N2,...,N4和一个具有卸载任务能力的BS(E0),任务的价值分别为(6,4,10,8,6)。M=5,N=13,ψ3=1,γ1=0.95,γ2=0.05,Θt=100。每个设备有一个待卸载的任务τ1,τ2,...,τ4。每个边缘服务器都有一个风险偏好因子卸载任务的成本Ci,j,具体参数如表1所示。
表1边缘服务器具体参数
根据公式计算预期收益率Pwi
Pw0=0.90 Pw1=1.30 Pw2=1.26 Pw3=2.15
边缘服务器对彩票的预期收益为
Er0=1.51 Er1=2.16 Er2=1.91 Er3=2.81
边缘服务器对任务的定价如表2所示
表2边缘服务器对任务的定价
根据任务选择因子和服务器选择因子确定选择的结果,结果如图2所示。
根据模拟结果,边缘服务器完成任务所得的随机奖励金Rwi,j为:
Rw0,2=0,Rw2,1=0,Rw2,3=0,Rw3,4=0
得请求者的收益Uj为
U1=5.85,U2=9.37,U3=8.32,U1=6.54
根据本轮的收益情况可得下一轮的预期收益率
Pw0=0.90 Pw1=1.30 Pw2=1.30 Pw3=2.16。
PMMRA是用于计算卸载中移动设备和边缘服务器的资源交易方法,是以最大化边缘服务器收益为目的的一种多轮拍卖方法。PMMRA可有效地为移动设备匹配卸载任务的边缘服务器,并确定移动设备应支付给边缘服务器的报酬。
图3是采用本发明方法实施例LIM与PMMRA方法边缘服务器合作率的对比图。从图中可以看出,随着时间的变化,LIM的合作率始终高于PMMRA的合作率。这是由于在LIM的奖励模型的作用下,可有效地吸引边缘服务器参与任务卸载。
图4为采用本发明方法实施例LIM与PMMRA方法作用的任务卸载中移动设备的收益对比图。从图中可以看出,随着边缘服务器数量的增加,移动设备的收益不断增加,并趋于稳定。这是由于在边缘服务器数量达到饱和前,随着边缘服务器的增加,任务卸载数量不断增加,因此移动设备的收益不断增加。当边缘服务器的数量达到饱和,任务总是由最有效的边缘服务器卸载,因此移动设备的收益保持稳定。并且,由于LIM中对于卸载任务的边缘服务器有随机的奖励,可有效地激励边缘服务器降低对任务的定价,从而导致LIM的移动设备的收益始终高于PMMRA方法中的移动设备的收益。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应该理解的是,虽然本发明各实施例的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,各实施例中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段,这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限,RAM以多种形式可得,诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
Claims (8)
1.一种提高边缘计算中任务卸载合作率的方法,应用于移动设备资源不足时将任务通过基站卸载至边缘服务器过程,其特征在于,具体包括:
所述移动设备将任务卸载请求信息通过基站发送至边缘服务器;所述基站构建奖金池;
所述边缘服务器根据任务卸载请求信息采用预设的收益计算方法计算预期收益及预期收益率;并根据所述预期收益和处理所述任务的成本向所述基站提交任务定价;
所述移动设备根据获取的任务定价以及卸载任务的时延计算服务器选择因子,并选择服务器选择因子最小的边缘服务器进行卸载任务;当多个移动设备同时选择第一边缘服务器时,所述第一边缘服务器根据任务定价和任务大小计算任务选择因子,选择任务选择因子最小的任务;
所述边缘服务器执行完成任务后将结果返回任务所对应的第一移动设备,所述第一移动设备根据任务定价向基站付款,基站向对应的边缘服务器发放确定的报酬和根据奖励模型确定奖励金;
根据所述奖励金更新基站奖金池,所述边缘服务器根据获得的奖励金更新风险偏好因子。
2.根据权利要求1所述的提高边缘计算中任务卸载合作率的方法,其特征在于,所述奖励模型建立具体包括:
将预设时间段的任务进行随机编号,所述编号由M个号码组成,每个号码的取值为1-N,当该预设时间段的任务完成后,确定中奖号码及中奖等级;
当任务编号与中奖号码有M个相同数字时,执行所述任务编号的边缘服务器获得一等奖;
当任务编号与中奖号码有M-1个相同数字时,执行所述任务编号的边缘服务器获得一等奖;
任务编号与中奖号码有M-2个相同数字时,执行所述任务编号的边缘服务器获得一等奖;其他为不中奖;
3.根据权利要求1所述的提高边缘计算中任务卸载合作率的方法,其特征在于,所述边缘服务器根据任务卸载请求信息采用预设的收益计算方法计算预期收益及预期收益率,具体包括:
边缘服务器i的预期收益率Pwi为:
预期收益的计算方法分为多种情况计算公式如下:
边缘服务器i卸载任务的成本可表示为
边缘服务器i的对移动设备j的任务τj的定价为
6.根据权利要求1所述的提高边缘计算中任务卸载合作率的方法,其特征在于,所述移动设备向基站付款额为bi,j+γRplot,基站向边远服务器发放的报酬为pi,j=bi,j。
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