1.一种基于非正交多址接入的多任务计算迁移能耗优化方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)一个智能设备有一组计算任务需要执行,计算任务用集合 表示,其中第i个任务的计算任务量用 表示,同时,考虑一组提供边缘计算服务器的蜂窝网络基站,边缘服务器基站也用 表示,其中第i个边缘服务器的计算速度为μi;为减小任务执行时间,智能设备将第i个任务的计算任务量分为两个部分,即si与 其中,用si表示智能设备将第i个任务中的si计算任务量分流到第i个边缘服务器执行;用表示智能设备在本地执行的第i个任务的计算任务量;为提高传输被分流计算任务时的传输效率,智能设备使用正交多址接入技术将被分流计算任务量 同时发送到各个相应的边缘服务器,发送时间用变量t表示;
目标是:在满足各计算任务延迟要求的前提下,通过联合优化智能设备的任务传输时间与智能设备为各计算任务分配的本地计算速度,任务传输时间即变量t,本地计算速度用变量集合 实现智能设备的计算能耗与传输能耗之和最小化,对应的联合优化问题被表述为以下数学优化问题:约束条件:
待优化变量:t和
.下面将问题中的各个参数做一个说明,如下:gi:从智能设备到边缘服务器i的信道功率增益;
W:智能设备的信道带宽,单位是赫兹;
n0:背景噪声的光谱功率密度;
g0:g0表示一个很大的数,因此智能设备需要处理的第i个任务的计算任务量,单位是兆比特; 迁移到边缘计算服务器i上的部分计算任务量,单位是兆比特;
μi:边缘计算服务器在处理 时所提供的计算速度,单位是兆比特/秒;
ρL:智能设备的本地计算的能耗率,单位是焦耳/秒;
ove max
di :智能设备完成第i个任务的计算任务量所需要延迟,单位是秒;Ti :智能设备完成第i个任务的计算任务量所耗费的延迟的上限,单位是秒;
max
P :智能设备运输迁移的工作计算量到边缘服务器的总的传输功率的上限,单位是瓦特;
下面将问题中的各个待优化变量做一个说明,如下:t:非正交传输时间,单位是秒;
μL,i:智能设备在处理 时候的本地计算速率,单位是兆比特/秒;
(2)问题EM如下:
约束条件:
待优化变量:t和
由公式 得:
将上述两个公式带入到问题EM中转化为EM‑E问题,“E”表示的是等价地,如下:约束条件:
待优化变量:t
问题EM‑E转化为两个部分之和:EM‑E‑Sub问题和 如下:约束条件:
变量:t
为了更好解决EM‑E‑Sub问题,引入一个辅助变量θ如下:将此公式带入到问题EM‑E‑Sub中得到问题EM‑E‑Sub‑E,如下:(EM‑E‑Sub‑E)minθ约束条件:
待优化变量:t,θ;
为了解决问题EM‑E‑Sub‑E,定义一个辅助变量z和表达式Qθ(z)如下:将上述公式带入到问题EM‑E‑Sub‑E中转化为问题EM‑E‑Sub‑E2如下:约束条件:
待优化变量:z,θ
(3)解决问题EM的思路是:将问题EM转化为EM‑E问题,将问题EM‑E分解为问题EM‑E‑Sub与 之和,在求解问题EM‑E‑Sub的过程中通过引入辅助变量θ转化为问题EM‑E‑Sub‑E,再引入辅助变量z和表达式Qθ(z)将问题EM‑E‑Sub‑E转化为问题EM‑E‑Sub‑E2,通过求解在θ给定的情况下问题EM‑E‑Sub‑E2得到 根据 的大小对θ进* *
行对分搜索从而找到最优的θ和z ,即问题EM的最优解 目标函数值是
(4)在θ给定的情况下,求解问题EM‑E‑Sub‑E2的SubE2LS算法,步骤如下:‑3 upp
步骤4.1:输入辅助变量θ,计算步长Δ=10 ,设定参数z 是一个足够大的数,CBV也是一个足够大的数,
步骤4.2:如果z不满足公式(2‑1)、(2‑2)和(2‑3),设定z=z+Δ,转至步骤4.6;
步骤4.3:否则如果z满足公式(2‑1)、(2‑2)和(2‑3),将z带入到Qθ(z),求出它的值;
步骤4.4:如果Qθ(z)<CBV,设定CBV=Qθ(z),且步骤4.5:设定z=z+Δ;
upp
步骤4.6:如果z≤z ,转至步骤4.2,否则转入步骤4.7;
步骤4.7:输出
(5)基于步骤(4),得到求解问题EM‑E‑Sub‑E2的SubE2BiSec算法,步骤如下:‑8 upp
步骤5.1:输入可容忍的计算误差∈=10 ,对分上限θ 是一个足够大的数和对分下限low
θ =0;
upp low
步骤5.2:开始循环|θ ‑θ |>∈;
步骤5.3:设定
cur
步骤5.4:将θ 带入到步骤(4)中,调用SubE2LS算法计算出upp cur
步骤5.5:如果 设定θ =θ ;
low cur
步骤5.6:否则如果 设定θ =θ ;
upp low
步骤5.7:当|θ ‑θ |<∈时,执行步骤5.8,否则执行步骤5.3;
cur *
步骤5.8:将θ 所对应的步骤(4)的 确认为z;
* cur *
步骤5.9:输出θ=θ ,z;
* *
通过SubE2BiSec算法输出的θ和z ,得到问题EM的最优解 目标函数值是