[发明专利]一种面向边缘计算节点能量优化的QoS约束路由方法

说明书

一种面向边缘计算节点能量优化的QoS约束路由方法，属于物联网领域，本发明考虑端到端延迟、传输可靠性和能量消耗三个QoS约束条件，创新性地运用边缘计算和机器学习中的相关技术，将传感器网络构建为一个多约束最优路径模型，提出本发明方法。该算法通过采用自动机与环境交互的方式加快算法收敛，控制节点的休眠激活状态等方式来降低网络能量消耗。通过实验，将MQEN算法和QMCRA‑DP、CMQRA、LQOR算法进行对比，相比其它三种算法，MQEN算法在显著降低网络能量消耗的同时，能够满足多QoS约束对端到端延迟和可靠性服务的要求。

技术领域

本发明属于物联网领域，具体涉及一种面向边缘计算节点能量优化的QoS约束路由方法。

背景技术

移动边缘计算技术(Mobile Edge Computing，MEC)是通过将计算负载从核心云数据中心转移到靠近用户端的移动边缘侧来减轻网络负担。MEC服务器可以在接入点(例如基站，路由器等)覆盖范围内为移动用户提供云服务，它将传统的云计算拉近到了用户侧的网络边缘，使得访问内容、服务和应用程序被加速，从而实现在边缘端迅速响应。MEC服务器在为用户提供高度分布式计算环境的同时，也加快了网络信息的分发，通过提供辅助计算和存储资源来提高服务和程序的响应速度，从而降低时延，节省网络资源。

随着社会的不断进步，科学技术的迅猛发展，之前集中式云计算模型已经不能很好的解决当前所面临的问题，于是出现了一种新型的计算模型，边缘计算。边缘计算技术(Edge Computing，EC)是指在网络的边缘来处理数据，这样能够减少请求响应时间，提升电池续航能力，并且在减少网络带宽的同时保证数据的安全性和私密性。

随着5G时代的到来，互联网上已经出现了许多相关的多媒体应用，如视频聊天、网络直播、网络通话、远程教育等。Internet已经渐渐地开始从单一的数据传送向数据、语音、图像、视频等多媒体信息的综合传输演化。然而传输这些应用就需要有不同的QoS(Qualityof Service)要求，所以多QoS约束路由便成为解决这些QoS问题的一种有效途径。

目前网络上关于QoS路由的研究主要分为两个方面，一种是多路径QoS路由协议的研究，另一种是关于节点控制的单跳路径QoS路由协议的研究。多路径能够保证信息传输的可靠性和端到端之间的延迟，但是较为耗费能量。QoS路由作为一种新型路由研究算法，它与传统的路由机制相比，能够显著改善网络的吞吐量和网络性能的退化，优化资源配置，平衡网络负载，实现网络全局资源利用率的优化，从而最大化网络接受其他QoS参数需求的能力。因此针对传统的路由仅提供尽力而为(best-effort-service)的传送服务，业务量尽快传送，没有明确的时间和可靠性保障，而且现有的尽力传输服务也无法满足各种应用对网络传输质量的不同要求情况的问题，通过考虑端到端可靠性、时延和能量消耗三个指标，创新性地采用节点原始数据预处理、剪枝规则加快收敛和节点能量感知唤醒等机制来降低网络的整体能量消耗，提出了一种面向边缘计算节点能量优化的QoS约束路由方法MQEN(Multi-QoS constrained routing algorithm for Edge computing and Node energyoptimization)。通过实验对比，MQEN算法相比于LQOR、CMQRA和QMCRA_DP算法，在保证端到端可靠性和延迟的前提下，能够显著地降低网络的能量消耗，延长网络生命周期。

发明内容