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专利号: 2020115962743
申请人: 杭州电子科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-08-27
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于动态电压调节技术的雾计算任务卸载方法,其特征在于,包括如下步骤:S1,获取整个雾网络的信息;

S2,建立执行终端任务所需要的能耗和时延模型;

S3,根据步骤S2中得到的能耗和时延模型,建立使整个雾网络能耗最小的优化模型;

S4,通过数学计算推导,求解步骤S3中的优化模型,得到最优的本地计算速率以及满足时延约束的最小整体能耗;

S5,选择雾网络中使得整体能耗最小的雾节点作为终端节点的卸载雾节点,并根据步骤S4中的结果进行任务卸载和终端节点计算速率设置。

2.根据权利要求1所述的基于动态电压调节技术的雾计算任务卸载方法,其特征在于,所述步骤S1获取整个雾网络的信息过程由网络控制器完成,所述雾网络的信息包括雾节点的数量N,终端节点的任务数据量L,最大计算能力flmax,雾节点的计算能力fi,单位CPU周期消耗的能量θi,i=1,2,3…N;终端节点与雾节点i之间的传输功率 距离Di、信道带宽Bi、信道增益Gi以及噪声功率 雾节点或终端处理单位bit数据所需的CPU周期数α。

3.根据权利要求2所述的基于动态电压调节技术的雾计算任务卸载方法,其特征在于,步骤S2还包括如下步骤:

S21,建模终端节点的任务处理时延;

S22,建模处理终端节点的任务所产生的整个雾网络的能耗。

4.根据权利要求3所述的基于动态电压调节技术的雾计算任务卸载方法,其特征在于,步骤S21还包括如下步骤:

终端节点任务任意分为两个子任务,分别在本地处理和卸载至雾计点i处理,然后采用下式建模终端节点的子任务的本地处理时延dT和卸载至雾节点i的子任务处理时延di:其中,α为处理单位bit数据所需的CPU周期数;lT为终端节点在本地进行处理的任务量,li表示终端节点卸载至雾节点i的任务数据量,且有lT+li=L;ri为终端节点与雾节点i之间的数据传输速率,建模为:

其中,终端节点与雾节点i之间的信道增益Gi的公式为:其中,Oi为终端节点与雾节点i之间的路径损耗,并且计算路径损耗Oi的公式为:Oi=

38.46+20log10(Di),Di为终端节点与雾节点i之间的距离;

当终端节点接收到所有子任务的计算结果后,再进行下一步决策;终端节点的任务处理时延d,定义为所有子任务的最大处理时延,公式表示如下:d=max(dT,di)                      (4)。

5.根据权利要求4所述的基于动态电压调节技术的雾计算任务卸载方法,其特征在于,步骤S22还包括如下步骤:

2

终端节点的能耗建模为计算能耗k(fl)αlT和传输能耗 之和;雾节点i的能耗仅考虑计算能耗αliθi;

采用下式建模终端节点的能耗ET和雾节点i的能耗Ei:Ei=αliθi                            (6)其中,k为取决于芯片结构的能量系数;

整体能耗E建模为:

E=ET+Ei                           (7)。

6.根据权利要求5所述的基于动态电压调节技术的雾计算任务卸载方法,其特征在于,步骤S3中所述使整个雾网络能耗最小的优化模型的建模如下:s.t.d≤dmax

0≤fl≤flmax

0≤li≤L

0≤lT≤L

lT+li=L

其中,d≤dmax表示任务处理时延不能超过最大时延;0≤fl≤flmax,表示本地计算速率为非负值,且不能超过最大计算速率;0≤li≤L,0≤lT≤L表示终端节点在本地进行处理的任务量和终端节点卸载至雾节点i的任务数据量为非负值,且不能超过总任务量;lT+li=L表示终端节点的任务全部被处理。

7.根据权利要求6所述的基于动态电压调节技术的雾计算任务卸载方法,其特征在于,步骤S4中还包括如下步骤:

S41,得到fl与lT之间的表示关系;

S42,给出fl的有效取值范围;

S43,整体能耗E对fl求一阶导得到一阶导等于0时fl的取值;

S44,得到最优的本地计算速率以及满足时延约束的最小能耗。

8.根据权利要求7所述的基于动态电压调节技术的雾计算任务卸载方法,其特征在于,步骤S41、步骤S42、步骤S43和步骤S44还分别包括如下步骤:所述步骤S41中:

由于当E取得满足时延约束d≤dmax下的最小值时,本地处理时延dT应等于最大时延dmax,即当整体能耗E最小时,有 进而可得:所述步骤S42中:

根据公式(9),终端节点卸载至雾节点i的任务数据量li表示为:卸载至雾节点i的子任务处理时延di重写为:为保证能耗最小化优化问题有解,必须满足di≤dmax,即:若不等式(12)不成立,则能耗最小化优化问题,即公式(8)无解。

若不等式(12)成立,根据不等式(12)有:并满足 即有:

将fl有效取值范围的上下界分别记为 和 根据式(13)、式(14)以及0≤fl≤flmax,可得 和 建模为:所述步骤S43中:

将式(9)和(10)分别代入式(5)以及式(6),并根据式(7)得到总体能耗E的表达式为:总体能耗E对fl求一阶导后的表达式为:将式(18)的零点记为 根据式(18)以及fl非负,可得 的表达式为:由式(19)可知,整体能耗E在区间 内递减,在区间 内递增;

所述步骤S44中:

*

将使得整体能耗E最小的最优本地计算速率记为fl ,根据式(15)、式(16)和式(19)可得*

fl的表达式为:

将式(20)代入式(17)得到满足时延约束的最小整体能耗E。

9.根据权利要求8所述的基于动态电压调节技术的雾计算任务卸载方法,其特征在于,步骤S5还包括如下步骤:

将终端节点与雾节点i协作进行任务处理时所得到的满足时延约束的最小整体能耗E记为

选择第k个雾节点,使得 作为终端节点的卸载雾节点,并根据步骤S4中的结果进行任务卸载和终端节点计算速率设置。