【摘要】：近年來,隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,移動應(yīng)用對于計算資源的需求越來越高。由于移動設(shè)備的物理尺寸限制,計算能力和電池容量都是極其受限的,本地計算無法滿足應(yīng)用的時延和能耗要求。同時,在未來的5G通信系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)邊緣存在大量冗余的計算資源。為了解決移動應(yīng)用越來越高的計算資源需求和移動設(shè)備相對有限的計算資源之間的矛盾,人們提出了移動邊緣計算。移動邊緣計算是對移動云計算的繼承和發(fā)展,通過將云端的計算資源下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣,任務(wù)的完成時延可以被顯著降低,而任務(wù)遷移和部署是其中的核心問題。因此本論文針對粗粒度任務(wù)遷移和細(xì)粒度任務(wù)部署這兩個問題進(jìn)行了深入的研究和探索,相關(guān)研究概括如下:1.移動邊緣計算中的粗粒度任務(wù)遷移從整體上把握了移動邊緣計算中任務(wù)遷移的研究脈絡(luò),通過分析不同任務(wù)遷移策略的時延和能耗,粗粒度任務(wù)遷移問題被建模為組合優(yōu)化。首先,我們研究了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中多用戶場景的計算遷移問題,考慮了多用戶的信道干擾,通過把問題轉(zhuǎn)化為有限策略空間的純策略博弈,提出了一個可以快速收斂到納什均衡的博弈算法。其次,我們研究了邊云協(xié)同多任務(wù)場景的計算遷移問題,考慮了多任務(wù)的時延重疊,靈活運用優(yōu)化技巧對問題做松弛處理,得到近似最優(yōu)的任務(wù)遷移策略。最后,仿真結(jié)果表明異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和邊云協(xié)同的任務(wù)遷移可以顯著降低系統(tǒng)總的開銷。2.移動邊緣計算中的細(xì)粒度任務(wù)部署由于粗粒度任務(wù)遷移只考慮了計算和通信的資源分配,而沒有考慮任務(wù)在網(wǎng)絡(luò)中的計算過程,因此我們將任務(wù)建模為細(xì)粒度的有向無環(huán)圖,邊緣網(wǎng)絡(luò)建模為計算和通信容量受限的異構(gòu)處理器網(wǎng)絡(luò),并分析任務(wù)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)性,創(chuàng)新性地提出了計算和通信融合的分布式任務(wù)部署。其中,有向無環(huán)圖的點權(quán)重表示子任務(wù)的計算復(fù)雜度,邊權(quán)重表示子任務(wù)之間的依賴關(guān)系和數(shù)據(jù)交換,因此該模型可以將任務(wù)的算法結(jié)構(gòu)與邊緣網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)充分匹配。為了得到同時滿足計算和通信資源約束以及任務(wù)算法結(jié)構(gòu)約束下的最小任務(wù)完成時延,我們將分布式任務(wù)部署建模為混合整數(shù)規(guī)劃問題,并設(shè)計了一個多項式復(fù)雜度的啟發(fā)式算法。此外,我們給出了高斯消元算法和快速傅里葉變換在邊緣網(wǎng)絡(luò)中的分布式部署過程。最后,數(shù)值仿真證實了在移動邊緣計算中采用細(xì)粒度的分布式任務(wù)部署可以大幅度降低任務(wù)完成時延。
【圖文】：

穿戴式設(shè)備邐－５ＰＢｔｒ＜邋＇逡逑圖１－１邋５Ｇ總體愿景｜１｜逡逑代，５Ｇ不僅僅是面向人與人的通信，更是面向人與物以及物與物之間的通信。同時ＩＭＴ－逡逑２０２０也對未來中國和全球的移動設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量做出了預(yù)測，圖１－２給出了從２０１０逡逑年到２０３０年的移動終端和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)增長趨勢［１］，可以看出在未來十年移動終端逡逑和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將迎來爆炸性增長。在５Ｇ中定義了三大應(yīng)用場景，分別為增強型移動逡逑寬帶（Ｅｎｈａｎｃｅｄ邋Ｍｏｂｉｌｅ邋Ｂｒｏａｄｂａｎｄ，邋ｅＭＢＢ），超高可靠超低時延通信（Ｕｌｔｒａ邋Ｒｅｌｉａｂｌｅ邋Ｌｏｗ逡逑Ｌａｔｅｎｃｙ邋Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，邋ＵＲＬＬＣ）和海量機器間通信（Ｍａｓｓｉｖｅ邋Ｍａｃｈｉｎｅ邋Ｔｙｐｅ邋Ｃｏｍｍｕｎｉｃａ－逡逑ｔｉｏｎｓ，邋ｍＭＴＣ），邋５Ｇ時代意味著更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，更低的功耗，更高的可靠性，更低的逡逑延遲

圖１－１邋５Ｇ總體愿景｜１｜逡逑代，５Ｇ不僅僅是面向人與人的通信，更是面向人與物以及物與物之間的通信。同時ＩＭＴ－逡逑２０２０也對未來中國和全球的移動設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量做出了預(yù)測，圖１－２給出了從２０１０逡逑年到２０３０年的移動終端和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)增長趨勢［１］，可以看出在未來十年移動終端逡逑和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將迎來爆炸性增長。在５Ｇ中定義了三大應(yīng)用場景，分別為增強型移動逡逑寬帶（Ｅｎｈａｎｃｅｄ邋Ｍｏｂｉｌｅ邋Ｂｒｏａｄｂａｎｄ，邋ｅＭＢＢ），超高可靠超低時延通信（Ｕｌｔｒａ邋Ｒｅｌｉａｂｌｅ邋Ｌｏｗ逡逑Ｌａｔｅｎｃｙ邋Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ，邋ＵＲＬＬＣ）和海量機器間通信（Ｍａｓｓｉｖｅ邋Ｍａｃｈｉｎｅ邋Ｔｙｐｅ邋Ｃｏｍｍｕｎｉｃａ－逡逑ｔｉｏｎｓ，邋ｍＭＴＣ），邋５Ｇ時代意味著更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，更低的功耗，，更高的可靠性，更低的逡逑延遲，更強的用戶承載能力。同時，５Ｇ移動通信最大的特點在于它是一個融合了感知、計逡逑算、通信、控制的移動通信網(wǎng)絡(luò)，通過計算和通信的深度融合，移動通信網(wǎng)絡(luò)的信息獲取、逡逑信息處理、信息傳輸、信息控制的能力將得到大幅度提升。逡逑移動終端連接數(shù)（億部）邐物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)（億個）邐３ＣＷ逡逑１８０邐１．０００逡逑全球邐中國逡逑■邋１２０邐１邋７５０邐Ｉ邋２００逡逑ｉ邋５００逡逑Ｊ邋＿ｉ邋６0邐２５０邋＾邐Ｉ邋１0０逡逑■中國邋■全球邐■人口邋■物聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)逡逑圖１－２邋２０１０－２０３０年中國和全球移動終端及物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)增長趨勢丨１｜逡逑為了滿足５Ｇ移動通信的性能要求
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN929.5;TP393.09

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本文編號：2606579