本研究提出了一种结合D2D通信的MEC任务卸载策略,旨在优化移动边缘计算(MEC)中的资源分配。该策略通过计算用户设备本地处理与卸载任务的平均时延和电池消耗,同时评估D2D设备、边缘云和远程云的传输与计算效率,综合考量服务器群的总时延、电池消耗和性能评价。通过改进的快速精英非支配排序遗传算法,该策略能够识别出最优的帕累托前沿点,实现任务分配的智能优化。该方法有效解决了用户设备存储和计算能力限制的问题,通过云-边-端的协作,缩短了任务响应时间,提升了用户满意度。
背景技术
随着物联网、无线通信与大数据技术的快速发展,使得用户设备与数据流量呈爆炸式增长,并且衍生出医疗保健、虚拟现实、自动驾驶等大量计算密集型与时延敏感性的应用程序。用户设备的计算资源与存储能力有限,无法满足日益增长的数据计算需求,云计算的出现缓解了这一问题。然而,传统的云计算将海量级的数据任务传输至云服务器处理,这可能会给核心网络带来沉重的链路负担。与此同时,由于云服务器的部署位置离终端设备较远,在传输过程中可能会导致响应延迟、能量消耗和数据安全等问题的发生。虽然云服务器的计算能力十分强大,能够为物联网应用提供充足的计算和存储资源,但是随着用户设备与网络应用的不断发展,传统的云计算渐渐无法满足用户对于低延迟与高服务质量的要求,并且随着5G的发展,终端设备与远程云之间的数据传输可能会出现回程网络瘫痪的问题。
近年来,为了解决传统云计算高延迟与高电池电量的问题,移动计算出现了范式的改变,从集中式的云计算转向边缘计算。多接入边缘计算(MEC)是一种新型的网络架构模式,其主要特点在于将计算、存储、处理等功能从集中式的云平台下沉至网络边缘,随时随地为用户提供实时服务,减少网络延迟,从而提升用户的服务体验。与传统云计算不同的是,MEC中将终端设备的数据计算任务卸载到距离终端设备更近的边缘服务器上运行,就近为用户提供计算和存储能力,降低核心网络的拥堵,进而提高服务质量和效率。分布在网络边缘上的服务器(也称边缘节点)可以降低与集中式云数据中心的交互,还可以显著减少数据交换中的排队响应时间。由于边缘服务器有一定的存储空间和计算能力且距离终端设备更近,可以考虑将计算密集型或对延迟敏感型的计算任务卸载到边缘服务器进行计算。因此,作为边缘计算的研究热点,计算卸载一直备受关注。大量的研究表明,通过计算卸载技术,能够很好地解决资源受限终端设备与计算密集型应用之间的矛盾。在计算卸载策略方法的研究中,大多以优化时延和电池电量为目标,研究合理的卸载策略方法,得到最优的卸载策略方法。因此,针对以上研究背景,寻求一种基于任务划分与D2D的MEC任务卸载策略方法,实现以任务平均时延、系统平均电池电量与平均评价为目标的多目标优化是十分迫切且必要的。
实现思路