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专利号: 2023102689431
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
专利领域: 电通信技术
更新日期:2025-07-09
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种移动边缘计算中基于负载均衡的任务迁移方法,其特征在于,包括:

S1:构建多用户多节点的移动边缘计算系统模型;

S2:基于移动边缘计算系统模型构建通信模型、任务计算模型、用户QoS模型和负载均衡模型;

S3:根据通信模型、任务计算模型、用户QoS模型和负载均衡模型构建最大化最小用户QoS的优化问题;

S4:采用多智能体深度强化学习算法求解最大化最小用户QoS的优化问题,得到任务的卸载决策、迁移决策和功率分配决策;系统根据任务的卸载决策、迁移决策和功率分配决策进行任务迁移。

2.根据权利要求1所述的一种移动边缘计算中基于负载均衡的任务迁移方法,其特征在于,所述多用户多节点的移动边缘计算系统模型具体包括:M个基站和U个用户,每个基站均配备有一个服务器,服务器集合表示为 用户集合表示为用户任务随机到达,任务表示为 其中 表示t时隙用户u的任务数据大小,表示每bit任务所需CPU计算周期数, 表示任务最大容忍时延;用户根据自身情况选择将任务卸载到基站上的服务器或本地执行,定义卸载决策变量 表示任务卸载比例;定义服务器关联变量 用于决定任务 卸载到哪一个服务器。

3.根据权利要求1所述的一种移动边缘计算中基于负载均衡的任务迁移方法,其特征在于,所述用户QoS模型包括:计算任务的迁移时延和单位时间迁移成本;根据任务的迁移时延和单位时间迁移成本计算任务的迁移成本;根据任务本地计算时延、边缘计算时延和迁移时延计算任务的总执行时延,根据任务的总执行时延和任务最大容忍时延计算用户QoS增益。

4.根据权利要求3所述的一种移动边缘计算中基于负载均衡的任务迁移方法,其特征在于,计算用户QoS增益的公式为:其中, 表示t时隙用户u的QoS增益, 表示t时隙用户u的任务总执行时延, 表示t时隙用户u的任务最大容忍时延。

5.根据权利要求1所述的一种移动边缘计算中基于负载均衡的任务迁移方法,其特征在于,所述负载均衡模型包括:定义服务器的负载和服务器的负载偏差系数;服务器的负载表示为:其中, 表示t时隙服务器m的负载, 表示服务器m的最大计算资源量,表示用户集合,表示t时隙用户u的服务器关联变量, 表示任务的卸载决策变量, 表示任务数据大小, 表示每bit任务所需CPU计算周期数, 表示计算资源权重, 表示存储容量权重,表示服务器m的最大存储容量, 是一个布尔变量,当Ω为真时, 反之,服务器的负载偏差系数表示为:其中, 表示t时隙服务器m的负载偏差系数,Lt表示t时隙的服务器平均计算负载。

6.根据权利要求1所述的一种移动边缘计算中基于负载均衡的任务迁移方法,其特征在于,所述最大化最小用户QoS的优化问题表示为:其中,T表示系统时间周期, 表示t时隙用户u的QoS增益, 表示t时隙用户u的服务器关联变量, 表示服务器集合, 表示系统时隙集合, 表示用户集合, 表示任务的卸载决策变量, 表示t时隙用户u的能耗, 表示用户平均能量预算, 表示t时隙服务器m的负载偏差系数,ζ表示负载分布差值, 表示t时隙用户的迁移成本,表示平均迁移成本预算, 表示t时隙用户u的发射功率, 表示用户u的最大发射功率。

7.根据权利要求1所述的一种移动边缘计算中基于负载均衡的任务迁移方法,其特征在于,求解最大化最小用户QoS的优化问题的过程包括:引入辅助变量将最大化最小用户QoS的优化问题解耦为最大化问题,根据李雅普诺夫优化理论将最大化问题中的长期约束解耦,得到重写的优化问题;

将重写的优化问题抽象为去中心化部分可观测马尔可夫决策过程,由用户充当智能体,并构建观测空间、动作空间和奖励函数;每个智能体均具有一个用户策略网络和两个用户价值网络,每个基站有一个节点价值网络;

根据奖励函数计算用户价值网络和节点价值网络的软Q值;由用户策略网络生成相应的动作并根据动作更新奖励函数,进入下一状态;根据节点价值网络和两个用户价值网络中最小软Q值的用户价值网络评估动作;

根据当前状态、下一状态、动作和奖励值生成经验信息;采样多条经验信息训练用户策略网络、用户价值网络和节点价值网络,更新网络参数,得到训练好的用户策略网络、用户价值网络和节点价值网络;根据用户策略网络训练结果得到任务的卸载决策、迁移决策和功率分配决策。

8.根据权利要求7所述的一种移动边缘计算中基于负载均衡的任务迁移方法,其特征在于,观测空间表示为:其中,Su(t)表示t时隙用户u的状态, 表示剩余迁移成本预算, 表示用户u的设备剩余能量,Fremain(t)表示基站节点剩余计算资源的集合,LF(t)表示基站节点当前负载偏差值的集合。

9.根据权利要求7所述的一种移动边缘计算中基于负载均衡的任务迁移方法,其特征在于,奖励函数包括用户奖励函数和节点奖励函数;

用户奖励函数表示为:

节点奖励函数表示为:

其中, 表示t时隙用户u的奖励值,V表示迁移成本队列控制因子,Qu表示用户u的QoS增益,Zu(t)表示能量预算队列,Eu,t表示t时隙用户u的设备能量, 表示用户平均能量预算, 表示t时隙服务器m的奖励值,ω表示归一化因子, 表示t时隙服务器m的负载偏差系数, 表示t时隙的服务器平均计算负载,G(t)表示虚拟迁移成本队列, 表示t时隙用户的迁移成本,表示平均迁移成本预算。