本技术涉及一种面向依赖任务的资源分配方法,属于无线通信技术领域。该方法包括以下步骤:S1:在工业互联网场景中,构建包括云服务器、边缘服务器和工业互联网设备的工业互联网系统模型并将任务间的依赖关系建模为有向无环图。S2:构建工业互联网网络的系统总时延能耗加权和数学模型;S3:将问题模型建模为马尔科夫决策过程,使用一个基于深度强化学习DRL的SAC算法框架,以在具有多个边缘服务器的工业互联网IIoT设备场景中获得依赖任务的近似最优卸载策略。
背景技术
随着现代信息技术的快速发展,制造业、物流业以及基础设施等其它行业正进行数字化转型,使得物联网(IoT)发展也非常迅速。工业互联网IIoT(IndustrialInternetofThings,IIoT)作为IoT的一个重要研究领域,可以作为解决上述问题的关键技术。IIoT是IoT在工业制造中的应用,在工业生产环境下的传感器、控制器、执行器、IIoT设备等都是互联的。因此,IIoT在提高工业工厂的效率、生产力和智能化方面具有极大的潜力。
IIoT实现了异构IIoT设备的互联,从而可以提高制造效率,降低生产成本。由于设备的计算能力和电池容量是有限的,对于一些计算需求不大的应用,IIoT设备有能力来自行处理。然而,在IIoT设备处理计算需求较大的应用时,往往具有挑战性。在传统的云计算方案中,当IIoT设备的处理能力受限时,IIoT设备将其计算任务卸载到远程云服务器上处理,然后把处理后的结果返回给相应的设备。使设备在计算能力方面得到一定的缓解。随着IIoT设备数的快速增长,相应的任务数量也会增加,因此可以将任务卸载到云服务器。然而对于延迟敏感或计算密集型的应用,若仍然将任务卸载到云上,这会有较大的传输延迟以及可能会导致网络拥塞,从而不能满足任务的延迟需求并降低服务质量。这对一些正在作业的特殊工厂来说具有较大的危险,不能及时返回处理结果,从而造成不可预估的损失。
在传统的基于云计算的方案中,IIoT设备需要将其任务卸载到远程云计算服务器(CCS)。数据流量随着IIoT设备和任务的数量急剧增长,导致网络拥塞、任务延迟增加和服务质量(QoS)降低。幸运的是,边缘计算将计算资源部署在IIoT设备附近,为缓解这些问题提供了有效的解决方案。这项技术使IIoT设备能够将其任务卸载到边缘计算服务器(ECS),而不是远程CCS,这可以满足计算成本高且对延迟敏感的IIoT应用程序的实时性、安全性和可靠性要求,同时还可以节省设备的能耗,有效缓解核心网络拥塞。尽管边缘服务器可以处理许多任务,但和云相比,仍然是轻量级的,所以单个边缘服务器的计算能力也会受限。此外,工业互联网网络是异构的以及边缘服务器的工作负载各不相同。因此,利用多个边缘服务器之间的横向协作来平衡它们的工作负载,以充分利用空闲的计算资源。协同任务卸载和资源分配进行共同优化,可以减少任务延迟,提高资源利用率。
通过对上述分析,值得注意的是在大多数应用场景中,计算卸载算法主要用于处理独立的任务而不考虑某些任务何时依赖于某些其他任务。然而在真实的工业场景中,一些任务存在着复杂的依赖关系以及相关性。在考虑协同边缘计算的基础上,通过分析任务的特征以及依赖关系,可以更好的提高IIoT网络的计算效率。
实现思路