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专利号: 2022104622215
申请人: 燕山大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载方法,其特征在于,所述边缘计算资源动态卸载系统包括:至少一个边缘服务器、至少一个协作中继和n个现场设备,其中,所述现场设备与协作中继通信,协作中继与边缘服务器通信,n为大于等于1;

所述边缘计算资源动态卸载方法包括:

通过获取现场设备端的运算时延、卸载到协作中继和边缘服务器的数据传输速率和任务卸载到中继的时延、协作中继将额外任务转发到边缘服务器的任务转发到边缘服务器的时间和能量消耗以及边缘服务器中任务的处理时延、协作中继收集现场设备通信信号中携带的能量,构建总时延最小化模型;

对总时延最小化模型进行逐次凸逼近的迭代算法,然后对其迭代后的结果进行分析,得到在任务的截止时间、卸载策略和能量限制等约束下的最优卸载决策和功率分割比。

2.根据权利要求1所述的基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载方法,其特征在于,还包括:当任务在协作中继端进行运算时,根据中继的主处理单元频率和处理卸载任务所需要的算力,得到中继运算卸载任务的时延和能耗;

所述现场设备端的运算时延具体为当任务在现场设备端进行运算时,根据现场设备的主处理单元的频率和任务所需要的算力,获得本地的运算时延;

所述卸载到协作中继和边缘服务器的数据传输速率和任务卸载到中继的时延具体为当任务需要卸载到协作中继和边缘服务器时,根据香农定理,获得数据传输速率和任务卸载到中继的时延;

所述协作中继将额外任务转发到边缘服务器的任务转发到边缘服务器的时间和能量消耗以及边缘服务器中任务的处理时延具体为当协作中继将额外任务转发到边缘服务器时,获得将任务转发到边缘服务器的时间和能量消耗以及边缘服务器中任务的处理时延;

所述协作中继收到现场设备的通信信号的中继收集到的能量具体为当协作中继收到现场设备的通信信号时,根据能量转换效率、功率分割比、现场设备的功率和信道增益,得到中继收集到的能量。

3.根据权利要求1或2所述的基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载方法,其特征在于,任务在现场设备端进行运算时,构建任务在本地运算的时延模型,现场设备自身的运算能力为 用每秒主处理单元的周期数来衡量,本地运算需要的时间如下:其中,Ln每个现场设备任务数据量的大小,Ca表示现场设备处理每个字节需要的主处理单元的周期数。

4.根据权利要求3所述的基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载方法,其特征在于,任务卸载到协作中继和边缘服务器时,根据香农定理,获取现场设备到协作中继的数据传输速率、中继到边缘端的数据传输速率分别表示如下:i

其中,B1和B2分别表示现场设备到中继的带宽和中继到边缘服务器的带宽,ρ表示中继用于信息解码的功率分割比,Pn和PR分别表示现场设备n的发射功率和中继的发射功率,2

和 表分别示现场设备n到中继的信道增益和中继到边缘服务器的信道增益,σ表示高斯白噪声。

5.根据权利要求4所述的基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载方法,其特征在于,根据现场设备n卸载任务到中继的传输速率,将任务卸载到协作中继的时延表示如下:其中,(1‑xn)Ln表示现场设备n卸载到中继数据量的大小;

现场设备n的任务在协作中继运算的时延和能耗表示如下:

其中,Cb表示中继处理每个字节需要的主处理单元的周期数,(1‑xn)xn,e表示中继需要处理的任务数据量的大小,fn,e表示协作中继分配给现场设备n的算力,Kb表示协作中继的能耗系数。

6.根据权利要求5所述的基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载方法,其特征在于,协作中继将额外任务转发到边缘服务器的时间和能耗如下所示:边缘服务器中任务的获得时延如下所示:

其中,(1‑xn)(1‑xn,e)Ln表示边缘服务器需要运算的任务数据量大小,PR表示协作中继的转发功率,Cd表示边缘服务器处理每个字节所需的主处理单元周期数,fn,c表示边缘服务器的运算能力。

7.根据权利要求6所述的基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载方法,其特征在于,协作中继收集到的用于运算和转发的能量,中继收集到的用于运算和转发的能量分别如下所示:e k

其中,η表示能量转换效率,ρ和ρ分别表示中继用于运算和转发的功率分割比;

因此,现场设备n完成任务的总时延表示如下:

8.根据权利要求7所述的基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载方法,其特征在于,构建所述总时延最小化模型为:max

s.t.Tn≤T ,n∈N

i e k

ρ+ρ+ρ=1

0≤xn≤1 0≤xn,e≤1。

9.基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载装置,其特征在于,包括至少一个边缘服务器、至少一个协作中继和n个现场设备,其中,所述现场设备与协作中继通信,协作中继与边缘服务器通信,n为大于等于1;所述协作中继包括:第一运算模块,用于当任务需要卸载到协作中继和边缘服务器时,根据香农定理,获得数据传输速率和任务卸载到中继的时延;

第二运算模块,用于当任务在协作中继端进行运算时,根据中继的主处理单元频率和处理卸载任务所需要的算力,得到中继运算卸载任务的时延和能耗;

第三运算模块,用于当协作中继将额外任务转发到边缘服务器时,获得将任务转发到边缘服务器的时间和能量消耗以及边缘服务器中任务的处理时延;

能量收集模块,用于当协作中继收到现场设备的通信信号时,根据能量转换效率、功率分割比、现场设备的功率和信道增益,得到中继收集到的能量;

所述卸载装置还包括:

总时延最小化模块,用于基于所述本地的运算时延、数据传输速率和任务卸载到中继的时延、任务转发到边缘服务器的时间和能量消耗以及边缘服务器中任务的处理时延、中继收集到的能量,构建总时延最小化模型;

结果输出模块,用于对总时延最小化模型进行逐次凸逼近的迭代算法,然后对其迭代后的结果进行分析,得到在任务的截止时间、卸载策略和能量限制等约束下的最优卸载决策和功率分割比。

10.基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载装置,其特征在于,包括:存储器,用于存储计算机程序;

处理器,用于执行所述存储器中存储的计算机程序以实现如权利要求1至8任一项所述的基于无源中继协作的边缘计算资源动态卸载方法的步骤。