面向物联网用户的移动边缘计算资源分配策略研究

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近年来,随着物联网技术的飞速发展,众多种类的物联网设备不断涌现。由于传感器设备计算能力有限,如何有效的分配计算资源给物联网终端,显得尤为重要。同时,传统的网络大多采用多跳的方式进行数据传输,极易造成网络负载不均衡,产生较大的网络时延等问题。移动边缘技术将计算资源下沉到用户附近,可以优先为用户提供任务卸载服务。基于无人机的移动边缘计算技术,扩展了边缘计算的服务覆盖范围且节省了基站部署成本,成为国内外研究的前沿方向。与此同时,物联网设备本身也拥有一定的计算资源,而这些资源很多时候处于空闲状态,有着明显的资源利用率不足问题。基于以上问题,本文提出了基于无人机和区块链技术的移动边缘计算资源分配策略,部署无人机在用户附近,同时区块链加入边缘网络中可以充分调度终端闲散资源,以此缓解高峰时期小型基站计算资源不足的情况。具体的研究工作如下:(1)针对物联网用户任务卸载至云计算服务器所产生的系统时延和能耗问题,派出无人机为物联网终端进行点对点任务卸载,并将任务计算结果传回终端。联合流水线作业模型和二进制粒子群算法对本地任务和卸载任务的大小和顺序进行合理分配,得到系统负载次优值。实验结果表明,利用任务卸载至无人机可以减轻物联网终端负载,相比于云端卸载,联合任务卸载算法大大优化了系统负载。(2)优化系统负载后,当多终端请求无人机进行任务卸载时,容易出现通信碰撞,任务无法及时处理等问题。本文基于时分多址的通信模式,提出了全局性的无人机部署方法,最大化实时任务卸载量,优化用户体验。判断用户和无人机可能的位置是否通信,无人机是否选择可能的无人机位置,设为二元决策变量,提出基于上述模型的贪心算法。实验结果表明,该算法能在全局范围内合理的部署无人机,提高物联网终端的任务计算效率。相比于随机部署,实时任务处理量提升了 15%左右。(3)物联网终端异构、计算资源无法共享是造成的移动边缘计算网络资源浪费的根本原因。基于区块链的移动边缘计算网络架构,物联网终端可以直接同步区块链账本中的任务卸载结果记录,从根本上减少任务的重复卸载。同时,通过优化的拜占庭容错共识算法,物联网终端节点的可信认证效率以及资源使用率大大的提升了。仿真结果表明,认证时间在一定的可行范围内,区块链确保了移动边缘计算网络的安全性和一致性。
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