[发明专利]一种可靠性感知的边缘计算方法

权利要求书

1.一种可靠性感知的边缘计算方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

S1：根据包含多个设备和一个物联网中继器以及一个边缘服务器的边缘计算网络场景，建立可靠性边缘计算系统框架；

S2：在步骤S1中的系统架构下，根据任务卸载时的传输时延和传输能耗，建立通信模型；根据计算时延和计算能耗，建立计算模型；

S3：根据温度和信噪比，将计算模型和通信模型建立为计算可靠性模型和通信可靠性模型；

S4：根据计算可靠性模型和通信可靠性模型，建立以时延和可靠性为约束条件，以所有设备能耗最小化为优化目标的优化问题；

S5：将所述优化问题分解为卸载比率子问题、功率控制子问题和计算资源子问题，采用步骤S6～步骤S7进行交替迭代求解；

S6：通过凸优化理论以及拉格朗日方法求解所述卸载比率子问题，得出最优的卸载决策；

S7：通过改进混合鲸鱼优化算法求解功率控制子问题和计算资源子问题，得出最优的发射功率、本地计算资源分配决策和边缘计算资源分配决策。

2.根据权利要求1所述的一种可靠性感知的边缘计算方法，其特征在于，所述步骤S1中可靠性边缘计算系统框架具体包括构建具有多个时延敏感、计算密集型任务的工业物联网设备以及物联网中继器N，单个边缘服务器M；计算任务表述为其中D表示任务输入大小；C表示计算每比特任务所需CPU周期数；T_max表示任务容忍时延；当本地计算无法达到任务所需性能要求时，部分任务由本地设备上传到边缘服务器进行并行处理，计算卸载过程表述为本地设备首先将任务卸载到边缘服务器进行处理，然后待任务计算完成后，将计算结果返回终端设备。

3.根据权利要求1所述的一种可靠性感知的边缘计算方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：

通信模型：

其中，T_i^tr表示设备i在任务卸载时的传输时延；λ_i表示设备i的任务比率大小；D表示任务输入大小；R_i表示设备i的任务传输速率；表示设备i在任务卸载时的传输能耗；P_i^tr表示设备i在任务卸载时的发射功率；

计算模型：

任务计算时延表示为：

任务在本地进行处理产生的时延和能耗分别表示为：

设备的总时延和总能耗分别表示为：

其中，T_i^mec表示卸载到边缘服务器的设备i的任务计算时延；f_i^m为设备i的边缘服务器的CPU周期频率；T_i^l表示设备i在本地进行处理产生的时延；C表示计算每比特任务所需CPU周期数；f_i^l表示设备i的CPU周期频率；表示设备i在本地进行处理产生的能耗；k表示有效电容系数；T_total表示设备的总时延；U表示设备集合；E_total表示设备的总能耗。

4.根据权利要求1所述的一种可靠性感知的边缘计算方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

计算可靠性表示为：

通信可靠性表示为：

其中，P_reliable表示计算可靠性模型，Pr(·)表示概率函数；k表示有效电容系数；f_i^l表示设备i的CPU周期频率；参数h_air,A,T_chip,T_sur,T_safe,T_env,c_chip,m,t依次表示为空气对流换热系数、散热片面积、芯片温度、设备表面温度、安全温度、环境温度、初始温度、芯片比热、芯片质量和任务计算时间；z表示控制参数，为常数；λ_i表示设备i的任务卸载比率，γ表示信道增益服从参数，γ_th表示信噪比阈值。