CN113923224A - 电力物联网任务卸载方法、服务器及终端 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电力物联网任务卸载方法、服务器及终端，该方法包括：服务器接收终端根据预设的服务器选择列表发送的匹配申请，其中，终端在多个服务器的服务范围内，在服务器选择列表中，终端向每个服务器进行任务卸载的任务卸载能效值按照降序排列；服务器根据预设的终端选择列表，判断是否与终端建立匹配连接，其中，在终端选择列表中，服务器的服务范围内的每个终端向服务器进行任务卸载的任务卸载总时延按照升序排列。本发明能够实现电力物联网系统中任务卸载时延和终端能效的联合优化。
Description
技术领域
本发明属于电力物联网技术领域，尤其涉及一种电力物联网任务卸载方法、服务器及终端。
背景技术
电力物联网(electric internet of things，EIoT)是应用于电力系统的工业级物联网，通过有效整合各类通信、计算及电力资源，提高电力系统的信息化水平，为建设具备全面感知、高效应变、灵活处理的能源互联网提供网络支撑。随着电力业务的发展与海量传感终端的部署，电力物联网内业务数据量和计算处理需求都呈现爆发式增长。同时，电力物联网对时延等通信服务质量具有严格的要求。基于云计算的传统集中模式受到数据通道瓶颈的制约，无法满足电力物联网的业务需求。
边缘计算为电力物联网计算密集型数据处理提供了一种可行的方法，通过把云的计算和存储能力下沉到网络边缘，可以缩短终端和服务器之间的传输距离，减少数据处理时延，提升终端能效。任务卸载是电力物联网边缘计算中的核心问题，通过将终端数据传输到边缘服务器进行处理，实现通信、计算、能量资源的高效利用。然而，面向电力物联网的边缘计算的任务卸载技术应用仍然面临着如下挑战。首先，电力物联网终端的密集部署导致多终端卸载策略之间的耦合，即当多个终端同时选择一个服务器进行任务卸载时，各终端的任务卸载性能受到其它终端的影响。其次，电力物联网终端大多采用电池自供电，能量受限，如果在任务卸载策略中忽略了对能效的考虑将导致终端能耗大幅度上升，网络生命周期严重缩短。因此，如何实现任务卸载时延与终端能效的联合优化，是现有技术急需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电力物联网任务卸载方法、服务器及终端，能够实现电力物联网系统中任务卸载时延和终端能效的联合优化。
本发明实施例的第一方面提供了一种电力物联网任务卸载方法，该方法应用于一种电力物联网的服务器，所述服务器的服务范围内包括多个终端，包括：
接收终端根据预设的服务器选择列表发送的匹配申请，其中，所述终端在多个服务器的服务范围内，在所述服务器选择列表中，所述终端向每个服务器进行任务卸载的任务卸载能效值按照降序排列；
根据预设的终端选择列表，判断是否与所述终端建立匹配连接，其中，在所述终端选择列表中，所述服务器的服务范围内的每个终端向所述服务器进行任务卸载的任务卸载总时延按照升序排列。
在一种可能的实现方式中，所述判断是否与所述终端建立匹配连接包括：
若接收到的匹配申请的数量大于第一预设数量，则根据所述终端选择列表对所有发送匹配申请的终端进行排序，选择前第一预设数量的终端建立临时匹配连接，拒绝其余终端的匹配申请，以使得被拒绝的终端在所述终端的服务器选择列表中删除所述服务器，其中，一个匹配申请对应一个终端；
若接收到的匹配申请的数量小于等于所述第一预设数量，则与所有发送匹配申请的终端建立临时匹配连接；
进入迭代匹配步骤：若接收到新的匹配申请，且新的匹配申请的数量与已建立临时匹配连接的终端的数量的和大于所述第一预设数量，则根据所述终端选择列表，对已建立临时匹配连接的终端和新的匹配申请对应的终端进行排序，选择前第一预设数量的终端建立临时匹配，拒绝其余终端的新的匹配申请或临时匹配连接，以使得被拒绝的终端在对应的服务器选择列表中删除所述服务器，或者，若接收到新的匹配申请，且新的匹配申请的数量与已建立临时匹配连接的终端的数量的和小于等于所述第一预设数量，则与所述发送新的匹配申请的终端建立临时匹配连接；
重复所述迭代匹配步骤直至不再接收到新的匹配申请。
在一种可能的实现方式中，所述服务器为服务器sj，该方法还包括：
针对服务范围内的任一终端mi，通过第一预设公式计算所述终端mi向所述服务器sj进行任务卸载的任务卸载总时延，所述第一预设公式为：
其中，Qi，j为终端mi向所述服务器sj进行任务卸载的任务卸载总时延，
为所述终端mi与所述服务器sj进行卸载数据的传输时延，
为所述服务器sj处理所述卸载数据的计算时延；
通过第二预设公式计算所述
所述第二预设公式为：
其中，Ui为所述终端mi所产生的数据包大小，Ri，j为数据传输速率；
其中，
PTX表示mi的传输功率，B代表传输带宽，σ2代表噪声功率，gi，j为mi与sj之间的信道增益；
其中，gi，j＝-(127+30×log di，j)，di，j表示所述终端mi与所述服务器sj的距离；
其中，xi，j＝1表示所述终端mi选择所述服务器sj进行任务卸载，xi，j＝0表示所述终端不选择所述服务器sj进行任务卸载；
通过第三预设公式计算所述
所述第三公式为：
其中，fj用于表示所述服务器sj处理每比特所需要的计算机周期数，αj用于表示所述服务器sj为所述终端mi分配的计算资源；
其中，
ψj为所述服务器sj所拥有的总计算资源，qj为所述服务器sj能够同时服务的最大终端数量。
本发明实施例的第二方面提供了一种电力物联网任务卸载方法，该方法应用于一种电力物联网的终端，所述终端处于多个服务器的服务范围内，包括：
根据预设的服务器选择列表选择目标服务器，其中，在所述服务器选择列表中，所述终端向所述多个服务器中的每个服务器进行任务卸载的任务卸载能效值按照降序排列；
向所述目标服务器发送匹配申请，以使得所述目标服务器根据预设的终端选择列表，判断是否与所述终端建立匹配连接，其中，在所述终端选择列表中，所述服务器的服务范围内的每个终端向所述服务器进行任务卸载的任务卸载总时延按照升序排列。
在一种可能的实现方式中，所述根据预设的服务器选择列表选择目标服务器包括：
将所述服务器选择列表中的第一个服务器作为所述目标服务器。
在一种可能的实现方式中，该方法还包括：
若接收到所述目标服务器发送的建立临时匹配连接的指令，则与所述目标服务器建立临时匹配连接；
若接收到所述目标服务器发送的拒绝建立匹配的指令，则在所述服务器选择列表中删除所述目标服务器，根据所述预设的服务器选择列表选择新的目标服务器并向所述新的目标服务器发送匹配申请，以使得所述新的目标服务器根据对应的预设的终端选择列表，判断是否与所述终端建立临时匹配连接，直至不再接收到服务器发送的拒绝建立匹配的指令。
在一种可能的实现方式中，所述终端为终端mi，该方法还包括：
通过第四预设公式计算所述终端mi向服务器sj进行任务卸载的任务卸载能效值ηi，j，所述任务卸载能效值为所述终端mi在单位能量和单位带宽下传输的数据量，所述第四预设公式为：
其中，
PTX表示所述终端mi的传输功率，B代表传输带宽，σ2代表噪声功率，gi，j为mi与sj之间的信道增益；
其中，gi，j＝-(127+30×log di，j)，di，j表示所述终端mi与所述服务器sj的距离；
其中，xi，j＝1表示所述终端mi选择所述服务器sj进行任务卸载，xi，j＝0表示所述终端不选择所述服务器sj进行任务卸载；
其中，P0为所述终端mi运行的电路功率。
第三方面，本发明实施例提供了一种电力物联网任务卸载方法，该方法应用于一种电力物联网系统，所述电力物联网系统包括终端和服务器，该方法包括：
针对任一终端，所述终端根据预设的服务器选择列表选择目标服务器，其中，所述终端处于多个服务器的服务范围内，在所述服务器选择列表中，所述终端向所述多个服务器中的每个服务器进行任务卸载的任务卸载能效值按照降序排列；
所述目标服务器接收所述终端发送的匹配申请，根据预设的终端选择列表，判断是否与所述终端建立匹配连接，其中，在所述终端选择列表中，所述服务器的服务范围内的每个终端向所述服务器进行任务卸载的任务卸载总时延按照升序排列。
第四方面，本发明实施例提供了一种服务器，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
第五方面，本发明实施例提供了一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第二方面或第二方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。
本发明实施例提供一种电力物联网任务卸载方法、服务器及终端，基于匹配理论在终端侧通过任务卸载能效值按照降序排列设置服务器选择列表，在服务器侧通过任务卸载总时延按照升序排列设置终端选择列表，将复杂的任务卸载问题转化为终端与服务器之间的多对一匹配问题，实现了任务卸载时延与终端能效的联合优化。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种电力物联网任务卸载方法的实现流程图；
图2是本发明实施例提供的一种电力物联网任务卸载系统的示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种电力物联网任务卸载方法的实现流程图；
图4是本发明实施例提供的另一种电力物联网任务卸载方法的实现流程图；
图5是本发明实施例提供的一种电力物联网任务卸载装置的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种电力物联网任务卸载装置的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的服务器或终端的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。
参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种电力物联网任务卸载方法的实现流程图，详述如下：
S101，接收终端根据预设的服务器选择列表发送的匹配申请，其中，终端在多个服务器的服务范围内，在服务器选择列表中，终端向每个服务器进行任务卸载的任务卸载能效值按照降序排列。
图2示出了一种电力物联网系统，包括多个基站和多个终端。假设系统存在I个电力物联网的终端设备及J个基站，一个终端同时处在多个基站的通信覆盖下。其中，电力物联网终端设备表示为M＝{m1，...，mi，...，mI}，其电池容量与计算能力有限，需要通过基站将所需处理数据卸载至边缘服务器进行处理，以降低能耗和时延开销。基站搭载有服务器，其集合表示为S＝{s1，...，sj，...，sJ}，能够为终端提供通信覆盖与数据处理提供计算资源。终端的任务卸载指示变量定义为xi，j，xi，j＝1表示终端mi选择服务器sj进行任务卸载，否则xi，j＝0。定义服务器sj的配额，即一个服务器能够同时服务的最大终端数量为qj，即满足：
例如，系统中包括5个基站，每个基站搭载有服务器为终端提供计算资源。系统中包括10000个终端，每个终端处于多个基站的覆盖范围内。
在本发明中，定义任务卸载能效值为终端在单位能量单位带宽下传输的数据量。对终端而言，任务卸载能效值越高越好。
举例来说，系统中包括5个服务器，每个服务器对应一个基站，可以为该基站覆盖范围下的终端提供计算资源，即该服务器所对应基站覆盖范围内的终端可以将任务卸载至该服务器进行处理。假设这5个服务器分别为服务器1、服务器2、服务器3、服务器4和服务器5。
假设终端1同时处于服务器1、服务器2和服务器3的服务范围内，终端1向这3个服务器进行任务卸载的任务卸载能效值分别为A、B、C。其中，A＞B＞C。即终端1向服务器1进行任务卸载的任务卸载能效值最大，终端1向服务器2进行任务卸载的任务卸载能效值次之，终端1向服务器3进行任务卸载的任务卸载能效值最低。
基于此，在终端1维护的服务器选择列表中，按照任务卸载能效值降序排列的方式对服务器进行排序，由前到后依次为服务器1、服务器2、服务器3。
终端根据服务器选择列表，优先选择排在前面的服务器申请与之建立匹配连接。
S102，根据预设的终端选择列表，判断是否与终端建立匹配连接，其中，在终端选择列表中，服务器的服务范围内的每个终端向服务器进行任务卸载的任务卸载总时延按照升序排列。
由于任务处理结束后回传数据远小于卸载数据，回传时延与服务器的计算时延相比可以忽略不计。因此，在本发明实施例中，任务卸载总时延包括两部分，即终端与服务器进行传输的传输时延和服务器处理终端的卸载数据所需的计算时延。终端mi向服务器sj进行任务卸载的任务卸载能效值ηi，j，Qi，j为终端mi向服务器sj进行任务卸载的任务卸载总时延。
在本发明实施例中，通过最小化所有终端的任务卸载总时延与任务卸载能效值的加权差，以实现合理的电力物联任务卸载。故优化问题可建模为：
其中，V用于统一任务卸载总时延与任务卸载能效值之间的数量级，C1表示一个服务器所具有的计算资源最多能同时为qj个终端提供卸载服务，C2表示一个终端每次最多选择一个服务器进行任务卸载。
为求解优化问题P1，需在满足终端与服务器选择约束的条件下，遍历所有的可能结果以求出最优解，但该方法计算复杂度较高且不易实现。因此，为提供一个高效、低复杂度的解决方案，本发明将问题P1转化为终端与服务器之间的多对一匹配问题，通过不断的迭代建立终端与服务器之间稳定的匹配关系，使所有终端的时延与能效加权差最小。
匹配理论是一种研究两组代理之间互利关系的有效工具。在匹配问题中，一组中的每个代理上根据效用函数与偏好列表对另一组中的代理进行排名，从而通过代理之间的交互实现稳定匹配。因此，本发明研究基于匹配理论的电力物联网边缘计算任务卸载问题，将任务卸载时延和终端能效加权差的最小化问题转换为终端与服务器之间的多对一匹配问题，通过服务器计算资源分配与配额设置实现多终端任务卸载之间的解耦，并提出基于多对一双边匹配的任务卸载策略，通过不断的交换迭代建立终端与服务器之间稳定的匹配关系，实现任务卸载时延与终端能效的联合优化。
在一些实施例中，该过程包括：
若接收到的匹配申请的数量大于第一预设数量，则根据终端选择列表对所有发送匹配申请的终端进行排序，选择前第一预设数量的终端建立临时匹配连接，拒绝其余终端的匹配申请，以使得被拒绝的终端在终端的服务器选择列表中删除服务器，其中，一个匹配申请对应一个终端；
若接收到的匹配申请的数量小于等于第一预设数量，则与所有发送匹配申请的终端建立临时匹配连接；
进入迭代匹配步骤：若接收到新的匹配申请，且新的匹配申请的数量与已建立临时匹配连接的终端的数量的和大于第一预设数量，则根据终端选择列表，对已建立临时匹配连接的终端和新的匹配申请对应的终端进行排序，选择前第一预设数量的终端建立临时匹配，拒绝其余终端的新的匹配申请或临时匹配连接，以使得被拒绝的终端在对应的服务器选择列表中删除服务器，或者，若接收到新的匹配申请，且新的匹配申请的数量与已建立临时匹配连接的终端的数量的和小于等于第一预设数量，则与发送新的匹配申请的终端建立临时匹配连接；
重复迭代匹配步骤直至不再接收到新的匹配申请。
至此，每个终端与服务器建立匹配连接，实现多对一稳定匹配。
在一些实施例中，第一预设数量是服务器可接受的任务卸载数量。
下面通过一个示例对上述过程进行说明。
服务器1维护的终端选择列表中，服务范围内的每个终端向服务器进行任务卸载的任务卸载总时延按照升序排列。
举例来说，服务器1可同时为200个终端提供任务卸载服务。
首先，系统中的每个终端根据服务器选择列表，向排在最前面的服务器发送匹配申请。
若服务器1接收到小于等于200个匹配申请，如服务器1接收到180个终端发送的匹配申请，则服务器1与这180个终端建立临时匹配。若服务器1接收到大于200个匹配申请，如服务器1接收到240个匹配申请，则服务器1按照其维护的终端选择列表对这240个匹配申请所对应的终端进行排序，选择任务卸载总时延由低到高的前200个终端建立临时匹配，拒绝其余40个终端。例如，被拒绝的40个终端里包括终端1，则终端1在其维护的服务器选择列表中删除服务器1。
没有成功与服务器建立匹配连接的终端，再次在服务器选择列表中选择排在最前面的服务器发送匹配申请。例如终端2根据服务器选择列表第一次向服务器2发送匹配申请，被服务器2拒绝，在服务器选择列表中删除服务器2，再次根据服务器选择列表，选择服务器1发送匹配申请。
此时，若服务器1已经与小于200个终端建立临时匹配连接，如服务器1已经与180个终端建立临时匹配连接，由于服务器1可最多为200个终端提供服务，则接收到终端2的匹配申请后，与终端2建立临时匹配连接。
此时，若服务器1已经与200个终端建立临时匹配连接，由于服务器1最多可为200个终端提供服务，则服务器1将包括已建立临时连接的200个终端和终端2在内的201个终端按照任务卸载总时延由低到高的顺序排序，选择前200个终端建立临时连接，拒绝排在最后的终端，如最后的终端为终端3，且终端3在此之前已经与服务器1建立临时连接，则终端3断开与服务器1的临时连接，并在其维护的服务器选择列表中删除服务器1，再次向服务器列表中排在最前面的服务器发送匹配申请。
通过上述过程，直至每个终端与服务器建立匹配，实现多对一稳定匹配。最终，每个终端根据匹配结果获得最佳任务卸载策略，进行数据的传输及处理。
可选的，服务器为服务器si，该方法还包括：
针对服务范围内的任一终端mi，通过第一预设公式计算终端mi向服务器si进行任务卸载的任务卸载总时延，第一预设公式为：
其中，Qi，j为终端mi向服务器sj进行任务卸载的任务卸载总时延，
为终端mi与服务器sj进行卸载数据的传输时延，
为服务器sj处理卸载数据的计算时延；
通过第二预设公式计算
第二预设公式为：
其中，Ui为终端mi所产生的数据包大小，Ri，j为数据传输速率；
其中，
PTX表示mi的传输功率，B代表传输带宽，σ2代表噪声功率，gi，j为mi与sj之间的信道增益；
其中，gi，j＝-(127+30×log di，j)，di，j表示终端mi与服务器sj的距离；
其中，xi，j＝1表示终端mi选择服务器sj进行任务卸载，xi，j＝0表示终端不选择服务器sj进行任务卸载；
通过第三预设公式计算
第三公式为：
其中，fj用于表示服务器sj处理每比特所需要的计算机周期数，αj用于表示服务器sj为终端mi分配的计算资源；
其中，
ψj为服务器sj所拥有的总计算资源，qj为所述服务器sj能够同时服务的最大终端数量，或服务器sj可同时接受的任务卸载数量的最大值。
由上可知，本发明基于匹配理论在终端侧通过任务卸载能效值按照降序排列设置服务器选择列表，在服务器侧通过任务卸载总时延按照升序排列设置终端选择列表，将复杂的任务卸载问题转化为终端与服务器之间的多对一匹配问题，实现了任务卸载时延与终端能效的联合优化。
图3示出了本发明实施例提供的另一种电力物联网任务卸载方法的实现流程图，详述如下：
S301，根据预设的服务器选择列表选择目标服务器，其中，在服务器选择列表中，终端向多个服务器中的每个服务器进行任务卸载的任务卸载能效值按照降序排列。
可选的，终端将服务器选择列表中的第一个服务器作为目标服务器。
可选的，终端为终端mi，该方法还包括：
通过第四预设公式计算终端mi向服务器sj进行任务卸载的任务卸载能效值ηi，j，任务卸载能效值为终端mi在单位能量和单位带宽下传输的数据量，第四预设公式为：
其中，
PTX表示终端mi的传输功率，B代表传输带宽，σ2代表噪声功率，gi，j为mi与sj之间的信道增益；
其中，gi，j＝-(127+30×log di，j)，di，j表示终端mi与服务器sj的距离；
其中，xi，j＝1表示终端mi选择服务器sj进行任务卸载，xi，j＝0表示终端不选择服务器sj进行任务卸载；
其中，P0为终端mi运行的电路功率。
具体的，考虑终端的电路能耗，mi的能耗表示为：
其中，P0为终端运行的电路功率。
在本发明中，定义任务卸载能效为终端在单位能量单位带宽下传输的数据量，因此，终端mi将任务卸载到服务器sj的能效为：
S302，向目标服务器发送匹配申请，以使得目标服务器根据预设的终端选择列表，判断是否与终端建立匹配连接，其中，在终端选择列表中，服务器的服务范围内的每个终端向服务器进行任务卸载的任务卸载总时延按照升序排列。
若接收到目标服务器发送的建立临时匹配连接的指令，则与目标服务器建立临时匹配连接；
若接收到目标服务器发送的拒绝建立匹配的指令，则在服务器选择列表中删除目标服务器，根据预设的服务器选择列表选择新的目标服务器并向新的目标服务器发送匹配申请，以使得新的目标服务器根据对应的预设的终端选择列表，判断是否与终端建立临时匹配连接，直至不再接收到服务器发送的拒绝建立匹配的指令。
本发明实施例的具体实现方式可参见图1所对应的实施例，本发明实施例不再赘述。
由上可知，本发明基于匹配理论在终端侧通过任务卸载能效值按照降序排列设置服务器选择列表，在服务器侧通过任务卸载总时延按照升序排列设置终端选择列表，将复杂的任务卸载问题转化为终端与服务器之间的多对一匹配问题，实现了任务卸载时延与终端能效的联合优化。
图4示出了本发明实施例提供的另一种电力物联网任务卸载方法的实现流程图，详述如下：
S401，针对任一终端，终端根据预设的服务器选择列表选择目标服务器，其中，终端处于多个服务器的服务范围内，在服务器选择列表中，终端向多个服务器中的每个服务器进行任务卸载的任务卸载能效值按照降序排列。
S402，目标服务器接收终端发送的匹配申请，根据预设的终端选择列表，判断是否与终端建立匹配连接，其中，在终端选择列表中，服务器的服务范围内的每个终端向服务器进行任务卸载的任务卸载总时延按照升序排列。
本发明实施例的具体实现方式可参照图1和图3所对应的实施例，本发明实施例对此不再赘述。
由上可知，本发明基于匹配理论在终端侧通过任务卸载能效值按照降序排列设置服务器选择列表，在服务器侧通过任务卸载总时延按照升序排列设置终端选择列表，将复杂的任务卸载问题转化为终端与服务器之间的多对一匹配问题，实现了任务卸载时延与终端能效的联合优化。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
为说明本申请所提技术的优越性，以如下场景为例进行仿真实验，设定场景中共有6个服务器，终端数量I∈[60，120]，qj分布在[10，20]间，终端任务数据量Ui∈[1.5，2]Mbits，服务器CPU的计算能力αj∈[6×1010，6×1011]cycle/s，处理每比特数据所需的CPU周期数fj∈[5×103，10×103]cycle/bit，传输功率PTX＝0.4W，电路功率P0＝0.1W，噪声功率σ2＝-100dBm，传输带宽B＝1MHz，用于统一终端时延与能效数量级的系数V＝40。对比算法设置为能效优先的任务卸载算法和时延优先的任务卸载算法。其中，能效优先的任务卸载算法在优化任务卸载时仅以最大化终端能效为目标，未考虑时延。时延优先的任务卸载算法在优化任务卸载时仅以最小化时延为目标，未考虑终端能效。
仿真实验得出，随着终端数量的增加，不同算法下的平均时延与能效加权差均呈现上升趋势，且本发明所提算法性能最好。例如，当终端数量为120时，本申请所提供的方法相比于时延优先和能效优先算法，时延与能效加权差分别降低了17.69％和28.26％。这是因为本申请所提供的方法同时考虑了能效和时延，并通过动态调整时延与能效之间的平衡，提升电力物联网边缘计算任务卸载性能。
仿真实验得出，不同算法的平均时延和能效加权差随服务器数量的增加而下降，其中，本发明所提方法的整体性能最优。相比于时延优先算法与能效优先算法，当服务器数量为6时，本申请所提方法的加权差分别降低了31.60％和37.99％。这是因为本申请实施例所提供的方法能够使终端通过权衡能效和时延选择合适的服务器进行任务卸载。
以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
图5示出了本发明实施例提供的一种电力物联网任务卸载装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图5所示，电力物联网任务卸载装置5包括：接收模块51和匹配模块52；
接收模块51，用于接收终端根据预设的服务器选择列表发送的匹配申请，其中，所述终端在多个服务器的服务范围内，在所述服务器选择列表中，所述终端向每个服务器进行任务卸载的任务卸载能效值按照降序排列；
匹配模块52，用于根据预设的终端选择列表，判断是否与所述终端建立匹配连接，其中，在所述终端选择列表中，所述服务器的服务范围内的每个终端向所述服务器进行任务卸载的任务卸载总时延按照升序排列。
在一种可能的实现方式中，匹配模块52用于：
若接收到的匹配申请的数量大于第一预设数量，则根据所述终端选择列表对所有发送匹配申请的终端进行排序，选择前第一预设数量的终端建立临时匹配连接，拒绝其余终端的匹配申请，以使得被拒绝的终端在所述终端的服务器选择列表中删除所述服务器，其中，一个匹配申请对应一个终端；
若接收到的匹配申请的数量小于等于所述第一预设数量，则与所有发送匹配申请的终端建立临时匹配连接；
进入迭代匹配步骤：若接收到新的匹配申请，且新的匹配申请的数量与已建立临时匹配连接的终端的数量的和大于所述第一预设数量，则根据所述终端选择列表，对已建立临时匹配连接的终端和新的匹配申请对应的终端进行排序，选择前第一预设数量的终端建立临时匹配，拒绝其余终端的新的匹配申请或临时匹配连接，以使得被拒绝的终端在对应的服务器选择列表中删除所述服务器，或者，若接收到新的匹配申请，且新的匹配申请的数量与已建立临时匹配连接的终端的数量的和小于等于所述第一预设数量，则与所述发送新的匹配申请的终端建立临时匹配连接；
重复所述迭代匹配步骤直至不再接收到新的匹配申请。
在一种可能的实现方式中，所述服务器为服务器sj，该方法还包括：
针对服务范围内的任一终端mi，通过第一预设公式计算所述终端mi向所述服务器sj进行任务卸载的任务卸载总时延，所述第一预设公式为：
其中，Qi，j为终端mi向所述服务器sj进行任务卸载的任务卸载总时延，
为所述终端mi与所述服务器sj进行卸载数据的传输时延，
为所述服务器sj处理所述卸载数据的计算时延；
通过第二预设公式计算所述
所述第二预设公式为：
其中，Ui为所述终端mi所产生的数据包大小，Ri，j为数据传输速率；
其中，
PTX表示mi的传输功率，B代表传输带宽，σ2代表噪声功率，gi，j为mi与sj之间的信道增益；
其中，gi，j＝-(127+30×log di，j)，di，j表示所述终端mi与所述服务器sj的距离；
其中，xi，j＝1表示所述终端mi选择所述服务器sj进行任务卸载，xi，j＝0表示所述终端不选择所述服务器sj进行任务卸载；
通过第三预设公式计算所述
所述第三公式为：
其中，fj用于表示所述服务器sj处理每比特所需要的计算机周期数，αj用于表示所述服务器sj为所述终端mi分配的计算资源；
其中，
ψj为所述服务器sj所拥有的总计算资源，qj为所述服务器sj能够同时服务的最大终端数量。
由上可知，本发明基于匹配理论在终端侧通过任务卸载能效值按照降序排列设置服务器选择列表，在服务器侧通过任务卸载总时延按照升序排列设置终端选择列表，将复杂的任务卸载问题转化为终端与服务器之间的多对一匹配问题，实现了任务卸载时延与终端能效的联合优化。
以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。
图6示出了本发明实施例提供的一种电力物联网任务卸载装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
如图6所示，电力物联网任务卸载装置6包括：选择模块61和发送模块62；
选择模块61用于根据预设的服务器选择列表选择目标服务器，其中，在所述服务器选择列表中，所述终端向所述多个服务器中的每个服务器进行任务卸载的任务卸载能效值按照降序排列；
发送模块62用于：向所述目标服务器发送匹配申请，以使得所述目标服务器根据预设的终端选择列表，判断是否与所述终端建立匹配连接，其中，在所述终端选择列表中，所述服务器的服务范围内的每个终端向所述服务器进行任务卸载的任务卸载总时延按照升序排列。
在一种可能的实现方式中，选择模块61用于将所述服务器选择列表中的第一个服务器作为所述目标服务器。
在一种可能的实现方式中，选择模块61还用于：若接收到所述目标服务器发送的建立临时匹配连接的指令，则与所述目标服务器建立临时匹配连接；
若接收到所述目标服务器发送的拒绝建立匹配的指令，则在所述服务器选择列表中删除所述目标服务器，根据所述预设的服务器选择列表选择新的目标服务器并向所述新的目标服务器发送匹配申请，以使得所述新的目标服务器根据对应的预设的终端选择列表，判断是否与所述终端建立临时匹配连接，直至不再接收到服务器发送的拒绝建立匹配的指令。
在一种可能的实现方式中，所述终端为终端mi，该方法还包括：
通过第四预设公式计算所述终端mi向服务器sj进行任务卸载的任务卸载能效值ηi，j，所述任务卸载能效值为所述终端mi在单位能量和单位带宽下传输的数据量，所述第四预设公式为：
其中，
PTX表示所述终端mi的传输功率，B代表传输带宽，σ2代表噪声功率，gi，j为mi与sj之间的信道增益；
其中，gi，j＝-(127+30×log di，j)，di，j表示所述终端mi与所述服务器sj的距离；
其中，xi，j＝1表示所述终端mi选择所述服务器sj进行任务卸载，xi，j＝0表示所述终端不选择所述服务器sj进行任务卸载；
其中，P0为所述终端mi运行的电路功率。
由上可知，本发明基于匹配理论在终端侧通过任务卸载能效值按照降序排列设置服务器选择列表，在服务器侧通过任务卸载总时延按照升序排列设置终端选择列表，将复杂的任务卸载问题转化为终端与服务器之间的多对一匹配问题，实现了任务卸载时延与终端能效的联合优化。
图7是本发明实施例提供的服务器/终端的示意图。如图7所示，该实施例的服务器/终端7包括：处理器70、存储器71以及存储在所述存储器71中并可在所述处理器70上运行的计算机程序72。所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各个电力物联网任务卸载方法实施例中的步骤，例如图7所示的为服务器时，执行如图1所示的步骤101至步骤102。或者，所述处理器70执行所述计算机程序72时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，如图7所示为服务器时，实现例如图5所示模块/单元51至52的功能。
示例性的，所述计算机程序72可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器71中，并由所述处理器70执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序72在所述服务器/终端7中的执行过程。
所述服务器/终端7可包括，但不仅限于，处理器70、存储器71。本领域技术人员可以理解，图7仅仅是服务器/终端7的示例，并不构成对服务器/终端7的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述服务器/终端还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所述处理器70可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。
所述存储器71可以是所述服务器/终端7的内部存储单元，例如服务器/终端7的硬盘或内存。所述存储器71也可以是所述服务器/终端7的外部存储设备，例如所述服务器/终端7上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(SecureDigital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器71还可以既包括所述服务器/终端7的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器71用于存储所述计算机程序以及所述服务器/终端所需的其他程序和数据。所述存储器71还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/服务器/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/服务器/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个电力物联网任务卸载方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电力物联网任务卸载方法，其特征在于，该方法应用于一种电力物联网的服务器，所述服务器的服务范围内包括多个终端，包括：
接收终端根据预设的服务器选择列表发送的匹配申请，其中，所述终端在多个服务器的服务范围内，在所述服务器选择列表中，所述终端向每个服务器进行任务卸载的任务卸载能效值按照降序排列；
根据预设的终端选择列表，判断是否与所述终端建立匹配连接，其中，在所述终端选择列表中，所述服务器的服务范围内的每个终端向所述服务器进行任务卸载的任务卸载总时延按照升序排列。
2.根据权利要求1所述的电力物联网任务卸载方法，其特征在于，所述根据预设的终端选择列表，判断是否与所述终端建立匹配连接包括：
若接收到的匹配申请的数量大于第一预设数量，则根据所述终端选择列表对所有发送匹配申请的终端进行排序，选择前第一预设数量的终端建立临时匹配连接，拒绝其余终端的匹配申请，以使得被拒绝的终端在该终端的服务器选择列表中删除所述服务器，其中，一个匹配申请对应一个终端；
若接收到的匹配申请的数量小于等于所述第一预设数量，则与所有发送匹配申请的终端建立临时匹配连接；
进入迭代匹配步骤：若接收到新的匹配申请，且新的匹配申请的数量与已建立临时匹配连接的终端的数量的和大于所述第一预设数量，则根据所述终端选择列表，对已建立临时匹配连接的终端和新的匹配申请对应的终端进行排序，选择前第一预设数量的终端建立临时匹配，拒绝其余终端的新的匹配申请或临时匹配连接，以使得被拒绝的终端在对应的服务器选择列表中删除所述服务器，或者，若接收到新的匹配申请，且新的匹配申请的数量与已建立临时匹配连接的终端的数量的和小于等于所述第一预设数量，则与所述发送新的匹配申请的终端建立临时匹配连接；
重复所述迭代匹配步骤直至不再接收到新的匹配申请。
3.根据权利要求1或2所述的电力物联网任务卸载方法，其特征在于，所述服务器为服务器sj，该方法还包括：
针对服务范围内的任一终端mi，通过第一预设公式计算所述终端mi向所述服务器sj进行任务卸载的任务卸载总时延，所述第一预设公式为：
其中，Qi，j为终端mi向所述服务器sj进行任务卸载的任务卸载总时延，
为所述终端mi与所述服务器sj进行卸载数据的传输时延，
为所述服务器sj处理所述卸载数据的计算时延；
通过第二预设公式计算所述
所述第二预设公式为：
其中，Ui为所述终端mi所产生的数据包大小，Ri，j为数据传输速率；
其中，
PTX表示mi的传输功率，B代表传输带宽，σ2代表噪声功率，gi，j为mi与sj之间的信道增益；
其中，gi，j＝-(127+30×logdi，j)，di，j表示所述终端mi与所述服务器sj的距离；
其中，xi，j＝1表示所述终端mi选择所述服务器sj进行任务卸载，xi，j＝0表示所述终端不选择所述服务器sj进行任务卸载；
通过第三预设公式计算所述
所述第三公式为：
其中，fj用于表示所述服务器sj处理每比特所需要的计算机周期数，αj用于表示所述服务器sj为所述终端mi分配的计算资源；
其中，
ψj为所述服务器sj所拥有的总计算资源，qj为所述服务器sj能够同时服务的最大终端数量。
4.一种电力物联网任务卸载方法，其特征在于，该方法应用于一种电力物联网的终端，所述终端处于多个服务器的服务范围内，包括：
根据预设的服务器选择列表选择目标服务器，其中，在所述服务器选择列表中，所述终端向所述多个服务器中的每个服务器进行任务卸载的任务卸载能效值按照降序排列；
向所述目标服务器发送匹配申请，以使得所述目标服务器根据预设的终端选择列表，判断是否与所述终端建立匹配连接，其中，在所述终端选择列表中，所述服务器的服务范围内的每个终端向所述服务器进行任务卸载的任务卸载总时延按照升序排列。
5.根据权利要求4所述的电力物联网任务卸载方法，其特征在于，所述根据预设的服务器选择列表选择目标服务器包括：
将所述服务器选择列表中的第一个服务器作为所述目标服务器。
6.根据权利要求5所述的电力物联网任务卸载方法，其特征在于，该方法还包括：
若接收到所述目标服务器发送的建立临时匹配连接的指令，则与所述目标服务器建立临时匹配连接；
若接收到所述目标服务器发送的拒绝建立匹配的指令，则在所述服务器选择列表中删除所述目标服务器，根据所述预设的服务器选择列表选择新的目标服务器并向所述新的目标服务器发送匹配申请，以使得所述新的目标服务器根据对应的预设的终端选择列表，判断是否与所述终端建立临时匹配连接，直至不再接收到服务器发送的拒绝建立匹配的指令。
7.根据权利要求4至6任一项所述的电力物联网任务卸载方法，其特征在于，所述终端为终端mi，该方法还包括：
通过第四预设公式计算所述终端mi向服务器sj进行任务卸载的任务卸载能效值ηi，j，所述任务卸载能效值为所述终端mi在单位能量和单位带宽下传输的数据量，所述第四预设公式为：
其中，
PTX表示所述终端mi的传输功率，B代表传输带宽，σ2代表噪声功率，gi，j为mi与sj之间的信道增益；
其中，gi，j＝-(127+30×logdi，j)，di，j表示所述终端mi与所述服务器sj的距离；
其中，xi，j＝1表示所述终端mi选择所述服务器sj进行任务卸载，xi，j＝0表示所述终端不选择所述服务器sj进行任务卸载；
其中，P0为所述终端mi运行的电路功率。
8.一种电力物联网任务卸载方法，其特征在于，该方法应用于一种电力物联网系统，所述电力物联网系统包括终端和服务器，该方法包括：
针对任一终端，所述终端根据预设的服务器选择列表选择目标服务器，其中，所述终端处于多个服务器的服务范围内，在所述服务器选择列表中，所述终端向所述多个服务器中的每个服务器进行任务卸载的任务卸载能效值按照降序排列；
所述目标服务器接收所述终端发送的匹配申请，根据预设的终端选择列表，判断是否与所述终端建立匹配连接，其中，在所述终端选择列表中，所述服务器的服务范围内的每个终端向所述服务器进行任务卸载的任务卸载总时延按照升序排列。
9.一种服务器，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求1至3中任一项所述方法的步骤。
10.一种终端，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上的权利要求1至4中任一项所述方法的步骤。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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