1.一种主从MEC网络中联合任务卸载与资源分配方法,其特征在于,该方法具体包括以下步骤:
S1:主小区内移动用户产生新的计算任务,向当前小区内主MEC发送任务卸载请求;
S2:MEC服务器收集当前时隙内本小区移动用户发送的计算卸载请求信息,并上传至上层SDN控制器;
S3:SDN统计MEC信息以及任务请求信息,建立通信模型、任务计算模型,构建出最小化任务代价问题模型;
S4:SDN对主小区内任务随机生成卸载集;
S5:根据步骤S4卸载集中卸载执行的任务进行多MEC选择与计算资源分配;
S6:根据步骤S5中的选择结果,更新卸载集,计算目标函数值;
S7:判断是否满足结束条件,满足执行步骤S8,不满足将本地执行且执行代价最大的任务加入卸载集中,返回步骤S5;
S8:输出卸载集,多MEC选择矩阵和最优计算资源分配。
2.根据权利要求书1所述的一种主从MEC网络中联合任务卸载与资源分配方法,其特征在于,所述步骤S3具体包括以下步骤:S31:建立通信模型:
定义集合 表示请求用户集,其中任务 通过二元组 表示,bi表示任务的总数据量,di表示计算1bit该任务数据所需要的CPU周期数。集合表示M个MEC服务器集合,其中 代表主MEC,其余为从MEC服务器,用户i通过空中接口上传任务速率为:
ri=Bilog2(1+Ptra,igi/BiNo) (1)其中多个请求任务占用相等的频谱资源Bi,Ptra,i表示用户i的发送功率,gi表示用户i与MEC服务器之间的信道增益,No表示信道单位噪声与干扰的功率谱密度。
用户通过无线信道上传任务的时延与能耗分别为:ttra,i=bi/ri (2)etra,i=Ptra,i·ttra,i=Ptrabi/ri (3)MEC服务器之间任务传输的时延为:tM=bi/rM (4)
S32:任务计算模型:
任务在终端本地执行的时延、能耗和总代价分别为:Ti,0=bidi/floc,i (5)2
Ei,0=kibidi(floc,i) (6)Ui,0=αiTi,0+βiEi,0 (7)其中用户终端的计算能力为floc,i,ki是与硬件架构相关的常数。记αi和βi为用户对于时延与能耗的权重系数。
任务在主MEC服务器执行的时延、能耗和总代价分别为:Ti,1=ttra,i+ti,1=bi/ri+bidi/Fi,1 (8)Ei,1=etra,i=Ptrabi/ri (9)Ui,1=αiTi,1+βiEi,1 (10)任务在从MEC执行的时延、能耗与总代价分别为:Ti,k=ttra,i+ti,k+tM=bi/ri+bidi/Fi,k+bi/rM (11)Ei,k=etra,i=Ptrabi/ri (12)Ui,k=αiTi,k+βiEi,k (13)其中 用来标志M‑1个从MEC服务器;若任务在MEC端执行,可以将任务执行代价函数写为:
S33:任务代价最小化问题模型:联合计算资源分配与任务卸载的优化问题表述为:其中A={a1,a2,...,an}为卸载集,其中ai∈{0,1},标志任务i本地执行或卸载执行;其中 为多MEC选择向量集,其中bi,j∈{0,1},标志任务i卸载到服务器j上;其中 为计算资源分配集,对任意的MEC服务器j,都有 Fj为服务器j可提供的最大计算能力。
3.根据权利要求2所述的一种主从MEC网络中联合任务卸载与资源分配方法,其特征在于,所述步骤S5中,更新卸载集,计算目标函数值,具体包括以下步骤:S51:MEC计算资源分配方法:不同MEC的计算资源分配是相互独立的,因此不同MEC服务器的计算资源分配不相互干扰;当卸载集A与MEC选择向量集B确定之后,资源分配问题表示为:其中 为选择本地执行的任务集合, 为选择卸载到主MEC服务器执行的任务集合,为选择二次卸载到第k个从MEC服务器执行的任务集合;通过构造拉格朗日函数并结合KKT条件,资源分配问题的最优解为:根据式(17)可以得到计算资源分配集F;
S52:定义集合D包含卸载集A中所有值为1的任务;定义集合D1为主MEC执行任务集,集合为D2非主MEC执行任务集D2;定义主MEC执行任务准则为:将集合D中第一个任务Tt放入集合D1,根据式(17)对D1中的任务分配计算资源,将D1中不符合准则(18)的任务添加至淘汰集D'2;
S53:设代价函数U(D1)表示在主MEC执行代价,代价函数U(D2)表示不在主MEC执行代价;
代价函数U(D1)通过结合式(17)求解目标函数(16)得到;代价函数U(D2)的求解需要将D2中任务分配后才可求解,最小化集合D2中任务代价的问题为:其中任务分配矩阵Z=(zi,j)N'×M‑1,zi,j∈{0,1},表示要求解的矩阵。当j=1,2,3,...,M‑1时,任务对映卸载到相应的从MEC服务器执行。使用连续变量vi,j替换目标函数(19)约束条件中的zi,j,使用线性函数V(vi,j)替换目标函数(19)表达式中的zi,j,vi,j与V(vi,j)有以下性质:
其中ε是一个小值,t是迭代次数;结合公式(17)可求解凸优化问题:给定 的初始值,以及另一个小数η,通过迭代不断求解(22)式,当 成立,便可通过 计算得到U(D2,t)。
S54:根据S53中计算U(D1,t)与U(D2,t)的方法,需求解的判决表达式为:U(D2,t‑1∩Tt)+U(D1,t‑1)≥=U(D2,t‑1∩D'2,t)+U(D1,t) (23)若式(23)成立,则将D'2加入集合D2,若式(23)不成立,则将Tt加入集合D2;
S55:判断集合D是否为空,若非空,则返回步骤S52,若空,执行步骤S56;
S56:得到在主MEC执行任务集D1、非主MEC执行任务集定义为D2和多MEC选择向量集B。
4.根据权利要求3所述的一种主从MEC网络中联合任务卸载与资源分配方法,其特征在于,所述步骤S6中,根据步骤S5中的选择结果,更新卸载集,具体包括以下步骤:S61:制定卸载更新策略为:
根据卸载集更新策略对上一次卸载集A进行更新。
5.根据权利要求4所述的一种主从MEC网络中联合任务卸载与资源分配方法,其特征在于,所述步骤S7中,判断是否满足结束条件,具体包括:若此时卸载集A中所有元素都为1或目标函数W的解没有更新,则执行步骤S8,否则返回步骤S5。