發(fā)布時間：2020-05-19 20:26

【摘要】：移動邊緣計算(Mobile Edge Computing,MEC)利用部署在網(wǎng)絡邊緣的云節(jié)點就近為用戶設備提供計算和存儲服務,使得信息可以在邊緣產(chǎn)生在邊緣處理。與傳統(tǒng)使用數(shù)據(jù)中心提供服務的移動云計算(Mobile Cloud Computing,MCC)相比,其具備如下幾點優(yōu)勢:第一,MEC服務器部署在用戶附近,極大地減少了MCC中用戶與數(shù)據(jù)中心之間的傳輸延遲,因而能夠部署實時業(yè)務;第二,MEC的服務器是完全分布式部署的,避免了將網(wǎng)絡邊緣生產(chǎn)的海量信息傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心,減少了對核心網(wǎng)絡產(chǎn)生的沉重負擔;第三,MEC更加靠近用戶,可以收集終端用戶的實時信息如行為,位置及環(huán)境信息,從而為用戶提供更優(yōu)質服務。因此,MEC可以為用戶設備提供低延遲計算上載服務,協(xié)助實現(xiàn)網(wǎng)絡邊緣海量數(shù)據(jù)的收集,根據(jù)環(huán)境信息進行網(wǎng)絡優(yōu)化,是解決信息的分布式采集與中心化處理之間愈發(fā)突出的矛盾、實現(xiàn)萬物互聯(lián)愿景的關鍵技術之一�；谝陨显�,MEC近年來引起了學術界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關注。本文研究了功率受限情況下MEC系統(tǒng)中計算上載和資源調度方法,并分析了MEC協(xié)助下移動用戶的端到端(Peer-to-Peer,P2P)通信過程。一方面,在現(xiàn)有MEC理論中,基于任務的計算上載很好的實現(xiàn)了移動設備能量消耗與處理延遲之間的權衡,然而卻沒有重點考慮移動設備普遍電池供能導致的可用功率有限的問題。另一方面,基于任務的計算上載需要控制器充分了解任務細節(jié),這不能適應IoT網(wǎng)絡中任務的隨機到達和實時處理的低延遲要求。因此,我們需要量化描述MEC系統(tǒng)中用戶的可用計算資源,從而為低延遲業(yè)務實現(xiàn)資源預留。此外,除了可以增強移動設備的計算能力,MEC理論還可以用來提升移動設備的通信能力。本文的研究內容主要分為三個部分,分別針對單用戶MEC系統(tǒng),多用戶MEC系統(tǒng)和MEC協(xié)助的計算中繼系統(tǒng)展開研究,每個部分包含若干研究點。本文的主要貢獻如下:(1)考慮功率受限單用戶MEC系統(tǒng)中計算上載問題。首先,本文構建了用戶設備的本地計算模塊和通信模塊的數(shù)學模型。然后,對于部分可分任務,本文通過最小化任務處理延時得到了最優(yōu)功率分配和任務上載策略。對于比特可分任務,本文推導了用戶可用計算能力(APC)的閉式表達,接著在可用功率和計算資源約束下最大化用戶APC,分析了不同約束條件下的功率分配最優(yōu)解。分析結果表明,MEC利用計算上載可以為移動用戶提供豐富的可用計算資源,大大增強網(wǎng)絡邊緣的信息處理能力。(2)將功率受限單用戶MEC系統(tǒng)中的結論推廣到多用戶MEC系統(tǒng)中,考慮多用戶的計算上載和通信資源調度問題。通過最大化系統(tǒng)效用函數(shù),本工作推導了多用戶MEC系統(tǒng)中功率分配和子載波分配準則,并基于這些分配準則給出了具體的資源分配算法。然后,本文基于用戶APC給出了系統(tǒng)計算能效的表達,推導了系統(tǒng)計算能效最優(yōu)的資源分配方法。本研究為多用戶MEC系統(tǒng)的部署提供了基于用戶APC的資源調度策略,更加適用于實時業(yè)務部署和計算資源預留。(3)利用MEC服務器的計算能力通過數(shù)據(jù)再壓縮,提升P2P通信中未壓縮數(shù)據(jù)的吞吐量。首先,本文建立了計算中繼(Computation Relaying)的基本數(shù)學模型,構建該模型關于能量和時間的代價函數(shù)。然后,通過最小化計算中繼系統(tǒng)的代價函數(shù),推導了最優(yōu)傳輸和壓縮策略,并與傳統(tǒng)P2P通信系統(tǒng)中最優(yōu)傳輸策略進行對比�；谏鲜鰞蓚�系統(tǒng)的成本差異,本文分析了某一用戶的計算或通信容量極度缺乏的幾種特殊情況。研究證明,計算中繼模型可以使能無線網(wǎng)絡和應用層之間的協(xié)作,從而優(yōu)化網(wǎng)絡性能,改善用戶體驗。
【圖文】：

１．２研究現(xiàn)狀逡逑１．２．１現(xiàn)狀概述逡逑目前，學術界有很多ＭＥＣ理論的研宄［１７＿２１］，圖１．２概括了一些主要研宄熱逡逑點。首先，，ＥＴＳＩ在白皮書中給出了邋ＭＥＣ平臺的參考架構［２２］。在該架構中，每個逡逑邊緣服務器包括主機設施和應用平臺兩部分，其中主機設施包括硬件平臺（比如逡逑計算、存儲、網(wǎng)絡資源）和ＭＥＣ虛擬層，而應用平臺包括ＭＥＣ虛擬化管理器、逡逑服務控制器、ＭＥＣ提供的應用服務以及安全與隱私管理。另外，ＥＴＳＩ給出的典逡逑型ＭＥＣ應用場景包括視頻流分析服務、增強現(xiàn)實服務、ＩｏＴ應用、車聯(lián)網(wǎng)等［２３］。逡逑從部署上來看，ＭＥＣ網(wǎng)絡的架構［２？５１，部署位置選擇％＿２８１，部署密度［２９＿３Ｇ］都逡逑５逡逑

從用戶角度來看，ＭＥＣ的作用就是通過計算上載降低移動設備的能耗，從逡逑而加速任務計算過程。這里的核心問題就是如何判斷是否上載一個計算任務，或逡逑者將多少任務量上傳［１４］。因此，如圖１．３所示，任務的上載結果被分為如下幾種逡逑情形：逡逑（１）
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP393.09

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