分层边缘计算的节点资源管理模型

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随着物联网的兴起,边缘计算成为物联网解决方案中的关键技术之一。在工业物联网(Industrial Io T,IIo T)的场景下,分层边缘计算展现了其优势。本文聚焦于工业物联网场景下的分层边缘计算,研究了分层边缘计算网络的静态资源部署和动态资源调配问题。静态资源部署问题即在从无到有的部署分层边缘计算网络时,应如何按照成本规定合理的规划硬件资源的部署问题。在使用新设备部署分层边缘计算网络时,层间计算容量分配是热点问题之一,本文提出了基于M/M/1/c队列模型的边缘计算节点容量层间分配方法,以系统全局平均时延和呼损率为性能指标,设计并实现了最优层间容量分配算法(Optimized Hierarchical Capacity Allocation Algorithm,OHCAA)。该算法能在满足呼损率要求的前提下,降低系统全局平均时延。经仿真验证可知:最优层间容量分配算法可以在总系统成本一定的情况下有效降低系统全局平均时延和呼损率。动态资源调配问题即在分层边缘计算网络运行时,充分利用已有的硬件资源,并尽可能提升系统性能的问题。在使用已有设备部署分层边缘计算网络时,很难对已有设备做出规格上的更改,因此本文使用排队论建模分析,提出了基于节点连接关系的动态链接模型(Dynamic Link Model based on Nodes Relation,DLMNR)。该模型针对分层边缘计算网络,使用基于节点连接关系转移的方式实现了任务流的负载均衡,完成了网络中计算资源的动态调配。该模型也分析了缓存队列中的任务卸载策略和环境因素对系统时延的影响,并提出了经历时间优先级队列卸载策略。论文使用Java语言实现了基于节点连接关系的动态链接模型实验,结果表明:本方案在系统全局平均时延上具有显著优势,并且能够在一定限度内保证系统的呼损率合理。最后,论文对研究的课题进行了展望。同时本文也分析了因时限等因素而未能解决的一些问题,主要包括基于任务特点的卸载,以及卸载决策与负载均衡之间的兼容性问题。本文有图31幅,表9个,参考文献57篇。
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