各種移動應(yīng)用的蓬勃發(fā)展,極大地改善了人們的生活。作為移動應(yīng)用的支持網(wǎng)絡(luò),5G移動網(wǎng)絡(luò)可以通過提供快速的服務(wù)響應(yīng)來提高用戶體驗。部署在接入網(wǎng)內(nèi)的移動邊緣計算服務(wù)器可以使服務(wù)貼近用戶,從而降低響應(yīng)時延。同時,移動邊緣服務(wù)器通過將請求和響應(yīng)限制在接入網(wǎng)內(nèi),可有效降低核心網(wǎng)絡(luò)擁塞,形成業(yè)務(wù)本地化。此外,移動邊緣服務(wù)器也可以方便獲取本地用戶信息和網(wǎng)絡(luò)信息,從而實現(xiàn)信息技術(shù)與通信技術(shù)的融合。在需求和技術(shù)的共同推動下,移動邊緣網(wǎng)絡(luò)迎來了新的機遇。在此新機遇下,本文研究了移動邊緣網(wǎng)絡(luò)中的資源分配問題。本文圍繞移動邊緣計算中兩大主要功能——存儲和計算,研究存儲和任務(wù)卸載過程中實現(xiàn)方案的代價最優(yōu)化問題。在研究存儲問題時,將存儲過程分為內(nèi)容放置過程和內(nèi)容獲取過程,在研究任務(wù)卸載問題時,將任務(wù)卸載按照服務(wù)器集中式處理和分布式處理進(jìn)行分類。主要創(chuàng)新點如下:第一,在存儲內(nèi)容獲取過程,本文研究了基站密集部署下以最小化代價選擇移動邊緣網(wǎng)絡(luò)存儲服務(wù)器的問題,基于覆蓋范圍判定條件提出存儲服務(wù)器集合選擇算法。在這一部分,本文選取了服務(wù)器內(nèi)容存儲花費和從存儲點獲取內(nèi)容的花費之和作為需要衡量的代價。文中通過對問題的重新表述,將該優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為多個覆蓋范圍內(nèi)的代價疊加問題。通過存儲點覆蓋范圍的充分不必要條件和三基站選擇存儲點的具體場景,得到了應(yīng)用到算法中的覆蓋范圍判定條件。本文在覆蓋范圍判定條件的基礎(chǔ)上,提出了基于貪心策略的存儲服務(wù)器選擇算法。該算法將用戶度與覆蓋范圍判定條件相結(jié)合,不但可有效地降低服務(wù)器存儲數(shù)據(jù)與用戶獲取內(nèi)容花費之和,而且對不同的服務(wù)器中心性選擇策略有較好的容忍度。第二,在存儲內(nèi)容放置過程,本文研究了放置內(nèi)容的多播與網(wǎng)絡(luò)中其他多播存在交疊鏈路時,以最小化代價建立可行拓?fù)涞膯栴},并基于鏈路復(fù)用設(shè)計了可行編碼子圖方案。在這一部分,本文選取了網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送功率之和作為需要衡量的代價。同時,將單多播流量倍增作為兩多播鏈路完全交疊的特殊情況來研究,為單多播流量倍增和兩多播鏈路交疊建立了統(tǒng)一模型。文中采用了網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù),在多播樹的基礎(chǔ)上建立網(wǎng)絡(luò)編碼子圖。文中分別針對兩種場景提出了可行編碼子圖方案,得到的可行方案包含原始多播樹,在流量變化及存在交疊鏈路時,拓?fù)淇稍诙嗖浜涂尚芯幋a方案中切換,進(jìn)而實現(xiàn)了拓?fù)潆S流量變化的平滑過渡。同時文中通過復(fù)用拓?fù)渲幸延墟溌返姆椒?降低了編碼子圖形成過程中的代價消耗。第三,在邊緣服務(wù)器集中式處理方式中,本文研究了單小區(qū)內(nèi)多用戶在任務(wù)卸載中最大化用戶節(jié)省能量的問題,在建立服務(wù)器順序處理模型的基礎(chǔ)上,給出了聯(lián)合分配任務(wù)隊列時段和信道時段的資源分配算法。文中基于任務(wù)隊列建立了服務(wù)器集中順序處理模型,更加具體地描述了服務(wù)器對用戶任務(wù)的計算過程。文中基于貪心選擇提出了聯(lián)合分配任務(wù)隊列時段和信道時段的資源分配算法,為完成用戶卸載的任務(wù)提供資源保障。算法中利用任務(wù)計算時間調(diào)整策略保證任務(wù)在時間限制內(nèi)完成,利用子任務(wù)功率分配策略,保證任務(wù)先傳輸后處理的因果性,使算法提供的解決方案滿足優(yōu)化問題中的約束。仿真表明,所提出的算法可有效地幫助用戶節(jié)省更多的能量。第四,在邊緣服務(wù)器分布式處理方式中,本文研究了基于分布式處理的單用戶任務(wù)卸載最小化網(wǎng)絡(luò)消耗能量的問題,設(shè)計了分布式處理任務(wù)卸載中的代價分析和時延分析模型,基于MapReduce分布式框架給出了最小化網(wǎng)絡(luò)消耗能量的資源分配方案。本文將MapReduce分布式計算框架整合到任務(wù)卸載問題當(dāng)中,建立了完整的時延分析和代價分析模型。固定模型中參與計算的服務(wù)器數(shù)和重復(fù)計算次數(shù)時,所研究的最小化網(wǎng)絡(luò)代價問題為凸問題。通過將遍歷方法與拉格朗日對偶法相結(jié)合,在已有的MapReduce方案基礎(chǔ)上,設(shè)計出最小化網(wǎng)絡(luò)消耗能量的計算資源選取方法,為合理利用分布式計算資源提供了一種可行途徑。
【學(xué)位單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.5
【部分圖文】：

第一章緒論??１．１研究的背景和意義??移動通信在發(fā)展過程中，有很大一部分工作是專注于速率的提升。如圖１－１??所示，隨著技術(shù)的進(jìn)步，移動通信的速率從１Ｇ的模擬通信２．４Ｋｂｐｓ、ＧＳＭ的??９．６Ｋｂｐｓ、ＷＣＤＭＡ?的?２Ｍｂｐｓ［ｌ］、ＬＴＥ［２］的?ｌＧｂｐｓ?發(fā)展到?５Ｇ?的?１０Ｇｂｐｓ［３】。推動移??動網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的不僅僅是技術(shù)的進(jìn)步，還有人們對于通信網(wǎng)絡(luò)的不斷變化的需求。??從傳統(tǒng)話音到現(xiàn)在的各種移動應(yīng)用程序，人們對通信網(wǎng)絡(luò)的需求越來越多樣化。??在國內(nèi)，截止到２００８年發(fā)放３Ｇ牌照，以話音和短信業(yè)務(wù)為主體的２Ｇ網(wǎng)絡(luò)活躍??于市場長達(dá)１３年之久，直到２０１８年４月，中國聯(lián)通成為國內(nèi)首個公布將逐步關(guān)??閉２Ｇ網(wǎng)絡(luò)的運營商。智能手機的出現(xiàn)，開辟了移動通信的新紀(jì)元，各種移動應(yīng)??用改變了人們的生活，同時也使得通信網(wǎng)絡(luò)的主體業(yè)務(wù)由話音轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。??高速移動?＿?：??１０６：?＿?；??Ｊ０５：?ｌｌ?Ｉ?：??＿?１１?；??關(guān)觀匿ｂ?ｉｉ?Ｂｉ?ｌｉ??１?２?３?４?５??移動通信發(fā)展代數(shù)??圖１－１移動通信速率發(fā)展示意圖??４Ｇ之前的話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

ＦＶ．?Ｎｅｔｗｏｒｋ?Ｆｕｎｃｔｉｏｎ?Ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ）［４＇９．丨°丨和網(wǎng)絡(luò)切片（Ｎｅｔｗｏｒｋ?Ｓｌｉｃｉｎｇ＾Ｎ等正是在這樣一個背景下被引入到移動通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的。??移動邊緣計算（ＭＥＣ．?Ｍｏｂｉｌｅ?Ｅｄｇｅ?Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）受啟發(fā)于云計算｜２］。云計核心網(wǎng)中為用戶提供存儲和計算服務(wù)，但隨著對時延敏感的應(yīng)用在通信網(wǎng)中增多，將云服務(wù)器拉近用戶端一方面可以提高用戶體驗，另一方面可以降低提供服務(wù)的代價［８１�；诳拷脩舻乃枷�，產(chǎn)生了移動邊緣計算［６，｜＞１５］、霧（Ｆｏｇ?Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ）１１６＇１８］和ｃｌｏｕｄｌｅｔ［ｌ８－２Ｇ］等技術(shù)。霧計算本質(zhì)上還是云計算，更注資源虛擬化及其管理等信息技術(shù)［１６＋１７］。而移動邊緣服務(wù)器通常部署在接內(nèi)，可以便捷地搜集本地用戶信息和網(wǎng)絡(luò)信息，在一跳或有限幾跳內(nèi)為用戶存儲和計算的服務(wù)，做到信息技術(shù)和通信技術(shù)的融合。ｃｌｏｕｄｌｅｔ是在移動設(shè)云服務(wù)器之間加入中間層，形成一個三層計算服務(wù)體系［１８］。移動邊緣計算服可與云計算服務(wù)器協(xié)同，為用戶提供服務(wù)，所以移動邊緣計算可以看做ｕｄｌｅｔ的一種。此外，為了突出將異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的目的，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會ＥＴＳ２０１７年將移動邊緣計算更名為多接入邊緣計算（ＭＥＣ，?Ｍｕｌｔｉ－ａｃｃｅｓｓ?Ｅｄｇｍｐｕｔｉｎｇ）Ｒ２２］。帶有ＭＥＣ服務(wù)器的三層服務(wù)體系如圖１－２所示。??

ｃｌｏｕｄｌｅｔ的一種。此外，為了突出將異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)融合的目的，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會ＥＴＳＩ??在２０１７年將移動邊緣計算更名為多接入邊緣計算（ＭＥＣ，?Ｍｕｌｔｉ－ａｃｃｅｓｓ?Ｅｄｇｅ??Ｃ〇ｍｐｕｔｉｎｇ）Ｒ２２］。帶有ＭＥＣ服務(wù)器的三層服務(wù)體系如圖１－２所示。??廠＂＂＾聯(lián)網(wǎng)＊?＾服務(wù)器??Ｉ??Ｉ??氣核心網(wǎng)＿）??／?＼??／?、??／?、??ｆ：：＇續(xù)?ＭＥＣ?服務(wù)器??＇＿?眷ｉｆ？■移動設(shè)備??麗》?＇麗響??圖１－２移動設(shè)備、ＭＥＣ服務(wù)器和云服務(wù)器的三層服務(wù)體系??移動邊緣計算具有業(yè)務(wù)本地化、接近數(shù)據(jù)源、業(yè)務(wù)低時延、利于定位和方便??獲取網(wǎng)絡(luò)信息等特點［４］。移動邊緣服務(wù)器可作為服務(wù)提供方，而使得終端和服務(wù)??２??
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本文編號：2845505