利索能及
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专利号: 2021114834916
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-04-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种面向隐私保护与能耗优化的任务卸载方法,其特征在于,包括以下步骤:S1,根据服务器和设备相关信息数据构建系统模型;

S2,根据系统模型,对任务信息数据作标准化处理并为属性分配不同的权重,得到待分组的任务信息数据;

S3,采用聚类算法,对得到的任务信息数据根据属性权重进行分组,分组的组数与系统模型中服务器数量相等;

S4,根据建立的系统模型以及分组结果计算出能耗;并通过改进MFO飞蛾火焰算法,在容忍时延范围内优化能耗,得到各设备任务的卸载决策;

S5,根据卸载决策将任务卸载到对应的边缘节点或进行本地处理;

所述步骤S3采用聚类算法,对得到的任务信息数据根据属性权重进行分组,具体包括步骤:(1)对于M个服务器与N个用户设备任务,根据服务器位置确定M个初始聚类中心c1,c2,..cm;

(2)分别计算每个数据对象xi到所有聚类中心ci的加权欧式距离,并将其匹配到最近的簇中;

(3)依据公式 xi表示第i个数据对象,即用户设备,重新计算各个簇* * *

的中心c1,c2,...,cm;

*

(4)若对于任意的i∈{1,2,...,m},m表示服务器个数,ci=ci都成立,则算法结束,当* * * * *前的c1 ,c2,...,cm代表最终得聚类结果;若ci ≠ci,令ci=ci,重复第(2)步操作;为了避免出现死循环的情况,在算法中设置一个最大迭代次数count;

(5)在得到聚类结果之后,根据不同的分组分别将任务对应到相应分组的服务器,使得MEC服务器节点覆盖范围内存在多个用户卸载任务信息相似,攻击者无法从多个卸载行为相近的用户中区分出所攻击的目标用户;

所述步骤S4计算卸载决策的方法包括步骤:

(1)根据带宽,用户设备功率,信道增益,噪声功率计算任务传输速率;

(2)根据用户设备CPU频率和任务所需的计算力计算本地处理时延;

(3)根据任务传输速率和任务大小计算传输时延;

(4)根据边缘服务器CPU频率和任务所需计算力计算边缘服务器处理时延;

(5)根据用户设备CPU频率、任务所需的计算力、以及本地设备硬件相关能耗系数计算本地处理能耗;

(6)根据用户设备功率,传输时延计算传输能耗;

(7)根据边缘服务器CPU频率、任务所需的计算力、以及边缘服务器硬件相关能耗系数计算边缘服务器处理能耗;

(8)根据(5),(6),(7)计算最终能耗;

(9)通过MFO算法作出卸载决策,使得任务处理时延在可容忍时延范围内并优化能耗;

所述步骤(9)中,通过MFO算法作出卸载决策的步骤包括:

1)初始化D个飞蛾,位置在解空间内随机分布,其中每个飞蛾都是一个N维向量,N为用户设备个数,使用D×N的矩阵Z存储飞蛾位置;

2)再用一个D维向量存储每个飞蛾位置的适应度值,适应度值对应每个用户设备的能耗En;

3)将第一代飞蛾位置按照适应度值从小到大排序,排序后赋值给火焰,作为第一代中火焰的空间位置;

4)每个飞蛾依据更新公式向对应火焰飞去并更新位置;

5)计算飞蛾位置更新后的适应度值,将更新后的飞蛾位置与火焰位置的适应度值重新排序,选取适应度值更优的空间位置更新为下一代火焰的位置;

6)计算火焰数量flame_no,

7)迭代次数iter+1,执行步骤4),进入下一代,直至迭代次数iter达到最大迭代次数max_iter,结束迭代,输出最优卸载决策;

所述MFO算法用二值映射,飞蛾位置向量的维度数对应任务数,目标函数适应度值对应于能耗值,迭代过程中计算适应度值时,将飞蛾位置中的各个分量的值看作优先级,数值大的优先级高,以此将飞蛾位置向量的值映射为1或0;飞蛾的位置对应于优化问题的一个解向量,即卸载决策,映射后此向量的各个分量为1或0,为1代表此用户设备任务卸载到边缘服务器执行,为0则本地处理;最后,可以卸载的任务对应的分量值为1,反之为0,算法最终输出最优卸载决策。

2.根据权利要求1所述的面向隐私保护与能耗优化的任务卸载方法,其特征在于,所述步骤S1根据服务器和设备相关信息数据构建系统模型的方法具体包括:根据数据中服务器和设备的相关信息,利用矩阵存储M个服务器信息和N个设备任务信息,其中每个任务信息可描述为五元组(x,y,b,c,tmax),其中x,y表示设备位置的横纵坐标,b表示任务数据量,它包括程序代码、输入文件,c表示任务在执行此任务时每bit数据所需的CPU周期轮数,tmax表示完成此任务允许的最大容忍时延,用户设备性能可用一个三元组(fl,p,kl)表示,其中fl表示设备的CPU周期频率,即用户本地设备的计算能力,p表示设备功率,kl表示用户设备硬件相关能耗系数,服务器性能可用一个二元组(xs,ys,fs,ks)表示,其中xs,ys表示设备位置的横纵坐标,fs表示MEC服务器的CPU周期频率,即MEC服务器计算能力,ks为服务器设备硬件相关能耗系数;这些参数分别构成M×4的服务器参数矩阵,N×3的设备参数矩阵以及N×5的设备任务信息矩阵。

3.根据权利要求1所述的面向隐私保护与能耗优化的任务卸载方法,其特征在于,所述步骤S2对任务信息数据作标准化处理并为属性分配不同的权重,得到待分组的任务信息数据,具体包括:标准化、归一化处理N×5设备任务信息数据,并为数据中属性分配权重,使用离差标准化方法对数据集进行标准化处理包括:其中,pi表示数据矩阵中每一列数据的取值,l表示行数, 和分别表示该列数据最小值和最大值,wi表示对应pi分配的权重值,qi为标准化处理之后的值。

4.根据权利要求1所述的面向隐私保护与能耗优化的任务卸载方法,其特征在于,所述

4)每个飞蛾依据更新公式向对应火焰飞去并更新位置,具体包括:bt

Zi=|Firej‑Zi|*e *cos(2πt)+Firej其中Zi表示第i只飞蛾,Firej表示第j个火焰,e表示自然对数底数,b表示所定义的对数螺旋形状常数,路径系数t表示[r,1]中的随机数,变量r在迭代过程中按迭代次数线性减少,其中,iter表示当前迭代次数,max_iter表示最大迭代次数。

5.根据权利要求1所述的面向隐私保护与能耗优化的任务卸载方法,其特征在于,所述

6)计算火焰数量flame_no,具体包括:

其中,D表示飞蛾数量,iter表示当前迭代次数,max_iter表示最大迭代次数,round表示四舍五入函数;

flame_no随着迭代次数增长而逐渐减少,迭代结束时仅有1个火焰;当飞蛾数量小于等于火焰数量时,第i个飞蛾追逐第i个火焰;当飞蛾数量大于火焰数量时,多出来的飞蛾追逐适应度排序最末的火焰。