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专利号: 2022106697019
申请人: 燕山大学
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:2026-03-03
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种具有突发性业务的MEC无线系统中VM‑PM修复策略方法,其特征在于,其包括以下步骤:S1、在移动边缘计算MEC无线系统中,引入马尔可夫到达过程MAP刻画MEC无线系统的输入过程,在物联网设备端将处理任务的过程构建MAP/M/1排队模型,在边缘服务器端构建带有虚拟机‑物理机VM‑PM实时修复与物理机定期维护的MAP/M/N排队模型;所述马尔可夫到达过程MAP由带有状态空间V={1,2,...,V}与无穷小生成元D的底层马尔可夫链{Z(t),t≥

0}决定,其中,V表示状态空间中的最大状态;

S2、求解任务时延指标,所述任务时延指标包括任务在本地计算处理时的平均响应时loc edg延E[T ]、任务的传输时延 和任务在边缘计算处理时的平均响应时延E[T ];

S3、求解设备电量消耗指标,所述设备电量消耗指标包括一个任务在本地任务缓存区中等待时消耗的物联网设备的电量 物联网设备CPU处理一个任务时消耗的电量和传输一个被卸载的任务时物联网设备消耗的电量S4、求解系统可靠性指标,所述系统可靠性指标为系统可靠性A,且表示为:其中,n表示定期维护阈值; 表示边缘服务器中任务数量为x2、虚拟机故障数量为y且底层马尔可夫链状态为z时的稳态概率;

S5、基于步骤S2和S3,求解任务的平均响应时延T和物联网设备的平均电量消耗水平E:loc edg

其中,p 表示任务在本地计算处理的概率;p 表示卸载概率,即任务在边缘计算处理的概率;

edg

S6、构建系统评价函数F(p ,P,n):

其中,表示预期最大的任务平均时延; 表示预期最大的电量消耗水平;表示预期最大的系统可靠性;P表示传输功率;

S7、构建马尔可夫到达过程MAP并分析参数组合对指标的影响:所述参数组合包括第一参数组合和第二参数组合,所述指标包括任务的平均响应时延T、物联网设备的平均电量消耗水平E和系统可靠性A;

S8、固定相关系数l2并固定第一参数组合,设置不同的虚拟机数量N与虚拟机修复率VM edgβ ,利用MATLAB构造多目标混合整数非线性规划MINLP问题,求解出系统评价函数F(p ,P,edg * * * edg * * *n)的最优值及对应的最优组合((p ) ,P ,n);其中,(p ) ,P ,n分别表示最优卸载概率、最优传输功率和最优定期维护阈值。

2.根据权利要求1所述的具有突发性业务的MEC无线系统中VM‑PM修复策略方法,其特loc征在于,所述步骤S2中所述任务在本地计算时的平均响应时延E[T ]、任务的传输时延edg和任务在边缘计算时的平均响应时延E[T ]分别表示为:

其中,x1表示t时刻在本地计算处理的任务数量;c表示物联网设备CPU的计算工作负载,即处理1比特数据需要的CPU周期数量,单位为cycle/bit;γ表示任务的大小,单位为bits;

f为物联网设备的CPU时钟频率,单位为cycles/s;λ表示物联网设备产生任务的平均速率;

表示物联网设备中的任务数量为x1且底层马尔可夫链处在状态z时的稳态概率;W表示信道带宽;H表示信道收益;表示信道噪声功率的谱密度; 表示边缘服务器中任务数量为x2、边缘服务器处于定期维护阶段且底层马尔可夫链状态为z时的稳态概率; 表示边缘服务器中任务数量为x2、边缘服务器处于修复状态且底层马尔可夫链状态为z时的稳态概率。

3.根据权利要求1所述的具有突发性业务的MEC无线系统中VM‑PM修复策略方法,其特征在于,所述步骤S3中所述一个任务在本地任务缓存区中等待时消耗的物联网设备的电量物联网设备CPU处理一个任务时消耗的电量 和传输一个被卸载的任务时物联网设备消耗的电量 分别表示为:其中,κ表示物联网设备在本地任务缓存区中存储一个本地任务的功率消耗;K表示物联网设备与其芯片架构相关的有效开关容量; 表示本地任务在本地任务缓存区中的平均等待时延。

4.根据权利要求1所述的具有突发性业务的MEC无线系统中VM‑PM修复策略方法,其特征在于,所述步骤S1具体包括以下步骤:S11、本地物联网设备CPU中任务到达过程用矩阵 与 刻画且分别表示为:其中,D0,D1分别表示物联网设备没有产生任务、产生一个任务时的状态转移率矩阵;

S12、边缘服务器中任务到达过程用矩阵 与 刻画且分别表示为:

5.根据权利要求1所述的具有突发性业务的MEC无线系统中VM‑PM修复策略方法,其特征在于,所述步骤S7具体包括以下步骤:S71、借助MATLAB求解步骤S2‑S4中的任务时延、设备电量消耗以及系统可靠性指标,计算出任务的平均响应时延T、物联网设备的平均电量消耗水平E和系统可靠性A,分别构建相关系数为l1和l2的马尔可夫到达过程MAP;

S72、在相关系数不同的条件下,研究第一参数组合分别对任务的平均响应时延T和物edg联网设备的平均电量消耗水平E的影响,所述第一参数组合包括卸载概率p 、CPU时钟频率VMf、虚拟机服务率μ 、传输功率P和定期维护阈值n;

S73、在虚拟机故障率不同的条件下,研究第二参数组合对系统可靠性A的影响,所述第VM二参数组合包括定期维护阈值n和虚拟机修复率β 。

6.根据权利要求1所述的具有突发性业务的MEC无线系统中VM‑PM修复策略方法,其特征在于,所述步骤S11中本地缓存容量足够大,假设任务在物联网设备CPU的服务时间服从loc loc指数分布,服务率为μ (μ >0),到达过程与服务过程相互独立;所述步骤S12中边缘服务VM VM器的缓存容量足够大,假设任务在一个虚拟机上的服务时间服从参数为μ (μ >0)的指数VM VM VM VM分布,虚拟机的故障时间服从参数为α (α >0)的指数分布,修复时间服从参数为β (β >

0)的指数分布;当虚拟机故障数量y超过定期维护阈值n时,边缘服务器停止服务,进入定期PM PM维护阶段,边缘服务器的定期维护时间服从参数为δ (δ >0)的指数分布;边缘服务器故障率与虚拟机故障数量正相关,当虚拟机故障数量为y(0≤y≤n)时,边缘服务器的故障率PM PM PM PM PM表示为α (y),并满足α (0)≤α (1)≤...≤α (n),边缘服务器的修复时间服从参数为βPM(β >0)的指数分布;修复过程和维护过程相互独立。

7.根据权利要求1所述的具有突发性业务的MEC无线系统中VM‑PM修复策略方法,其特征在于,所述步骤S1中所述无穷小生成元D表示为:D=D0+D1      (3);

对于 (D0)z,z′表示底层马尔可夫链{Z(t),t≥0}由状态z转移到z′的过程中物联网设备没有产生任务;(D1)z,z′表示底层马尔可夫链{Z(t),t≥0}由状态z转移到z′的过程中物联网设备产生一个任务。

8.根据权利要求1所述的具有突发性业务的MEC无线系统中VM‑PM修复策略方法,其特征在于,所述步骤S1中所述移动边缘计算MEC无线系统包括物联网设备、无线访问点和物理机PM,所述物联网设备包括调度器、本地任务缓存区、CPU、发送器和电池;所述无线访问点将被卸载的任务传输至边缘服务器计算处理;所述物理机PM包括边缘任务缓存区和边缘执行单元,所述物理机PM功能化为边缘服务器,所述边缘执行单元中部署N个同构并独立工作的虚拟机VM;当任务在本地物联网设备计算处理时,若CPU空闲,则任务立即被计算处理,否则任务将在本地任务缓存区中排队等待,一旦在CPU中执行的任务完成计算并离开CPU,在本地任务缓存区队首排队等待的任务将立即占用CPU并被计算处理;当任务被卸载到边缘时,若有空闲且可用的虚拟机,则立即占用并被计算处理,若全部虚拟机均被占用或故障,则该任务进入到边缘任务缓存区中排队等待,一旦出现空闲且可用的虚拟机,排在边缘任务缓存区队首的任务则立即占用该虚拟机并被计算处理。

9.根据权利要求1和8所述的具有突发性业务的MEC无线系统中VM‑PM修复策略方法,其特征在于,所述物联网设备产生任务的平均速率λ与任务产生间隔的相关系数Cor分别为:λ=δD1e     (1)

其中,δ表示马尔可夫到达过程MAP的底层马尔可夫链的稳态概率向量,且同时满足方程δD=0与δe=1。