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专利号: 2021104371369
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: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.边缘云环境中安全任务卸载的效益最大化方法,其特征在于包括以下步骤:步骤S1构建安全模型,其中该安全模型的安全服务包括机密性服务和完整性服务;具体如下:步骤S1‑1运行所有的机密性服务和完整性服务得到它们的执行时间,假设运行服务的执行时间越长具有越高的安全等级,据此,机密性服务的安全等级计算为:其中 为第k个机密性服务的执行时间; 为第k个机密性服务的安全等级;Q1为人为定义的机密性服务执行时间基准;

完整性服务的安全等级计算为:

其中 表示第k个完整性服务的执行时间; 表示第k个完整性服务的安全等级;Q2为人为定义的完整性服务执行时间基准;

步骤S1‑2执行时间与数据大小成正比,可以得到:其中 表示1MB的数据在单个CPU下安全服务S的执行时间;D为数据大小; 表示s服务的执行时间;N表示CPU的数量;cd表示机密性服务;ig表示完整性服务;

步骤S1‑3假设外界攻击次数服从泊松分布,那么添加安全等级为 的安全服务的任务的风险概率为如下的指数分布:s s

其中sd 表示任务的安全需求;π表示安全服务s的风险系数; 表示第k个安全服务s的安全等级;

因此两种安全服务下的联合风险概率为:

步骤S1‑4为了保证移动设备提交任务的安全性,安全服务S的安全等级需要满足以下条件:s

其中sd为云端和边缘节点对安全服务s的安全需求的最大值;

s s s

sd=max{sd(edge),sd(cloud)},s∈{cd,ig}    式(7)s s

其中sd(edge)表示边缘节点上的安全需求;sd(cloud)表示云端上的安全需求;

步骤S2制定安全任务卸载的效益最大化问题

步骤S2‑1设xi为任务ti的执行位置,xi=1表示任务ti被卸载到远程云端上并执行,xi=

0表示任务ti在边缘节点执行,即:

其中S(τ)={1,2,…,n(τ)}表示当前时间段τ的所有任务的索引编号集合;

步骤S2‑2使用X(τ)={x1,…,xi,…,xn(τ)}表示不同索引编号任务的执行位置;使用Y(τ)={y1,…,yi,…,yn(τ)}表示不同索引编号任务的执行顺序,其中yi≠yj,步骤S2‑3判断任务位于边缘节点还是被卸载到云端,然后计算索引编号为i的任务ti的效益 具体如下:①若任务ti在边缘节点上,则任务ti的效益计算:其中 表示任务ti的结束时间实际值,其中 表示任务ti在边缘节点的执行时间, 表示任务ti的截止日期期望值,ηi表示完成任务ti所获得的效益;

②若任务ti卸载到云端,则任务ti的效益计算:如果一个任务计划在远程云端上执行,那么在卸载之前,应该添加安全服务来保证数据的安全性;任务ti将会经历四个步骤,分别为添加安全服务,传输数据到云端,卸载安全服务,执行任务;任务ti的结束时间实际值包括五个部分:其中 是任务ti的开始时间, 是任务ti在边缘节点上添加安全服务的时间,是任务ti传输数据到云端的传输时间, 是任务ti卸载安全服务所消耗的安全时间, 是任务ti在云端上的执行时间;

其中Di表示任务ti的数据大小,Wi表示任务ti的工作负载;

根据上式,计算任务ti在云端所需的最小资源

云端的费用为:

其中p表示1MB数据在单位时间的计算费用, 表示任务ti在云端的总消耗时间;且在云上计算的任务ti的效益为:其中ηi表示完成任务ti所获得的效益;

步骤S2‑4边缘节点的总效益计算如下:

步骤S3使用遗传算法,种群初始化,分别产生任务计划的执行位置和执行顺序的m种方案,即种群中的m个个体;

步骤S4种群中的m个个体进行交叉变异操作,不断迭代,得到最终的任务卸载方案。

2.根据权利要求1所述的边缘云环境中安全任务卸载的效益最大化方法,其特征在于步骤S3具体如下:效益Ψ(·)看做与X(τ)和Y(τ)相关的函数,X(τ)={x1,…,xi,…,xn(τ)},表示任务的执行位置,Y(τ)={y1,…,yi,…,yn(τ)},表示任务的执行顺序;X(τ)和Y(τ)的搜索空间满足如下的公式:步骤S3‑1种群初始化,随机产生一个数∈1在[0,1]之间,如果∈1≤0.5,xi=0,否则xi=

1;该∈1作为执行位置;

步骤S3‑2重复步骤S3‑1直至产生n(τ)个执行位置;

步骤S3‑3复制S(τ)为S;

步骤S3‑4随机产生一个正整数∈2在[1,|S|]之间,让yi为S中的第∈2个元素 然后移除第∈2个元素;即 该∈2为执行顺序;

步骤S3‑5重复步骤S3‑4直至产生n(τ)个执行顺序,即产生了一个个体,分别包括任务计划的执行位置和执行顺序;

步骤S3‑6重复步骤S3‑1到步骤S3‑5直至产生m个个体,m为人为设定的种群个体的数量。

3.根据权利要求2所述的边缘云环境中安全任务卸载的效益最大化方法,其特征在于步骤S4具体如下:步骤S4‑1从种群中选取两个个体,X1和X2分别表示这两个个体的执行位置向量;随机选取分界点,从分界点处X1和X2被分成两个子串 和 交换第二部分产生两个新的执行位置向量X12和X21,即步骤S4‑2Y1和Y2分别表示这两个个体的执行顺序向量;随机选取分界点,从分界点处Y1和Y2被分为两个子串 和 通过交换两个子串,得到两个临时执行顺序向量Y′12和Y′21,即 从前到后分别扫描两个临时执行顺序向量Y′12和Y′21,删除重复出现的数字后产生两个新的执行顺序向量;

步骤S4‑3循环步骤S4‑1和步骤S4‑2,直至种群中的所有个体都被选择完,此过程产生m个新个体;

步骤S4‑4从种群中遍历所有个体执行如下:随机产生一个在[0,1]之间的数∈3,如果∈3<p1,p1表示变异率,跳过步骤S4‑5和S4‑6,直接执行步骤S4‑7,反之则执行步骤S4‑5和步骤S4‑6的变异操作;

步骤S4‑5X表示当前个体的执行位置向量,随机产生一个正整数∈4在[1,n(τ)]之间,∈4是变异点,那么步骤S4‑6Y表示当前个体的执行顺序向量,随机产生两个在[1,n(τ)]的正整数∈5和∈6,∈5≠∈6,交换 和 产生一个新的执行顺序Y′;

步骤S4‑7种群选择阶段,将具有更优解的个体保存下来;此时已经有了m+m个个体,Ψ(X(τ),Y(τ))为适应性函数,分别计算每个个体的Ψ值,从大到小进行排序,选择前m个个体保存下来;

步骤S4‑8重复M次步骤(S4‑1)至(S4‑8),M表示遗传算法的最大迭代次数;选择Ψ值排序最大的个体,即为最终的任务卸载方案。

4.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,当所述计算机程序在计算机中执行时,令计算机执行权利要求1‑3任一所述的方法。

5.一种计算设备,包括存储器和处理器,所述存储器中存储有可执行代码,所述处理器执行所述可执行代码时,实现权利要求1‑3任一所述的方法。