边缘计算环境下支持盲区中复杂应用的计算卸载方法研究

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伴随移动互联网与移动通信技术的快速发展,以人脸识别、交互游戏为代表的复杂应用不断涌现,这对移动设备的任务处理能力提出了更高的要求,单纯在移动端处理复杂应用渐渐无法满足用户的服务需求。传统的云计算虽然可以为移动用户提供充足的计算、存储等资源,但是由于其距离用户较远,势必会造成较大的往返时延。边缘计算作为一种新兴服务模式,为解决上述问题提供了可能性。利用计算卸载,将移动设备难以处理的复杂任务卸载到边缘服务器,逐渐成为缓解移动设备资源不足问题的重要技术手段。尽管当前边缘计算领域关于计算卸载的研究工作,为上述应用需求提供了一定的技术支持,但是移动应用类型具有多样性、用户需求具有多元性,这些特征为提供高效可靠的计算卸载服务带来了新的挑战。而且,移动端的环境具有不稳定性,建筑的阻隔、信号间的干扰、设施的不完善都可能会造成移动设备处于无法正常获取边缘服务的盲区之中。盲区的存在导致边缘服务不再可用,多类型的应用与多样的用户需求则对计算卸载提出了更高的要求。针对上述问题,本文围绕边缘计算环境下盲区中复杂应用的计算卸载问题展开研究,具体而言,本文的主要工作包括如下几个方面:(1)为了支持不同类型的复杂应用在盲区中进行计算卸载,本文设计了一种边缘计算环境下支持盲区中复杂应用的计算卸载框架。该框架使得盲区中的移动设备也可以获取边缘服务,并且可以根据应用所属的类别,切换不同的计算卸载方法。具体而言,该框架自下而上可以分为三层,分别是目标设备层、通信链路层以及边缘计算层。目标设备层由不同的移动设备构成,部分设备可能会位于盲区中,并且每个移动设备都可能运行计算密集型、交互密集型、延迟敏感型等复杂应用。通信链路层包含多种支持移动设备与边缘服务器交互的通信技术,并且,针对盲区中移动设备无法获取边缘服务的问题,该框架在通信链路层引入了以D2D为代表的不同设备之间的通信技术,使得盲区中的移动设备可以间接与边缘服务器通信。边缘计算层由多个边缘服务器构成,主要为移动设备提供边缘服务。(2)为提升盲区中计算密集型应用的计算卸载性能,本文提出利用D2D通信技术间接获取边缘服务的方式,并设计了支持盲区中计算密集型应用的计算卸载方法。具体来说,该方法会先挑选出一个既可以与边缘服务器通信,又可以与盲区中的移动设备建立D2D连接的移动设备作为中继。之后,盲区中的移动设备将与该设备建立D2D连接,并通过该设备卸载计算密集型应用。同时,为了使该方法更具可行性,本文还设计了激励策略,使更多的移动设备主动加入计算卸载。最后,本文通过大量的实验,从时延和能耗两个角度验证了方法的可行性与有效性。(3)考虑到支持盲区中计算密集型应用的计算卸载方法所采取的单中继协助策略,无法支持对带宽有更高要求的交互密集型应用,本文提出了一种边缘计算环境下支持盲区中交互密集型应用的计算卸载方法。该方法针对盲区中交互密集型应用无法获取边缘服务的问题,提出了多个中继并行传输的策略。具体来说,该方法会挑选多个可以与边缘服务器通信的移动设备作为中继,处于盲区中的移动设备会依次与这些设备建立D2D连接。通过多个中继设备并行传输的方式,将盲区中的交互密集型应用卸载到边缘服务器中。同时,本文还通过大量实验,从时延和能耗两个角度验证了所提出方法的可行性与有效性。
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