可续电移动边缘计算环境下的计算迁移资源优化策略研究

Mobile edge cloud (MEC) and virtual mobile cloud are two most commonly used platforms for performing mobile edge computing, in whom resource optimization for computation offloading has drawn extensive research attentions as it provides an effective way for extending the capacity of a mobile device. However, due to the limited computation and energy resources in a mobile device, how to exploit computation resources thoroughly at the network edge with energy harvesting technology has put forward many challenges. In this proposal, we first analyze the impacts of the uncertainty in the harvestable energy of mobile devices，as well as their willingness to participate cooperative computing on the network’s computing ability. We then propose models and methods for optimizing resource allocations in MEC with rechargeable mobile devices for a given virtual mobile cloud, ungiven virtual mobile cloud, and a hybrid mobile edge cloud (with both mobile edge clouds and virtual mobile clouds) respectively, so as to reduce the task response time, maintain fairness among different mobile devices as well as balance the computation demands of the network. Theoretical analysis, simulations as well as experiments are used for evaluating the efficiency of the proposed frameworks. Results provide theoretical and practical guidance for mobile device augmentation with computation offloading in MEC.

移动边缘云或虚拟移动云是移动边缘计算常见应用场景，计算迁移是上述场景下为移动终端增效的一种重要技术手段。然而，移动终端受有限计算资源、电池续航能力等条件限制，如何在可续电环境下通过资源优化，以充分发挥网络边缘空闲计算资源效能面临着新的挑战。本课题拟以研究移动边缘计算环境下计算迁移的共性需求为基础，通过分析可续电环境下可用能量与网络协作计算能力转化关系，针对给定虚拟移动云结构、未给定虚拟移动云结构、基于边缘云-虚拟移动云的混合移动边缘云等移动计算场景，分别以提升其时效性、资源利用公平性及高效性、网络计算负载均衡性等为目标，构建面向可续电移动边缘计算环境下计算迁移资源优化关键核心算法及完整解决方案；最后，通过理论分析、仿真模拟与实验相结合的方式，评估所提方法与模型，验证其有效性。研究成果对实现移动边缘计算中的移动终端增效具有重要理论意义和应用价值。

移动边缘云或虚拟移动云是移动边缘计算常见应用场景，计算迁移是上述场景下为移动终端增效的一种重要技术手段。然而，移动终端受有限计算资源、电池续航能力等条件限制，如何在可续电环境下通过资源优化，以充分发挥网络边缘空闲计算资源效能面临着新的挑战。本报告以研究移动边缘计算环境下计算迁移的共性需求为基础，通过分析可续电环境下可用能量与网络协作计算能力转化关系，针对给定虚拟移动云结构、基于边缘云-虚拟移动云的混合移动边缘云等移动计算场景，分别以提升其时效性、资源利用公平性及高效性、网络计算负载均衡性等为目标，构建了面向可续电移动边缘计算环境下计算迁移资源优化关键核心算法及完整解决方案。同时鉴于移动边缘云计算迁移效率依赖于移动边缘设备与边缘云的通信效率，本报告提出了针对异构边缘云网络的协同操作架构，及自适应软调制通信技术，为移动边缘云任务迁移提供了高效的信息交互机制。最后，通过理论分析、仿真模拟与实验相结合的方式，评估所提方法与模型，验证其有效性。实验结果显示，本报告所提出的计算迁移资源优化算法在用户数量较少时可达到最优的NP难算法的性能，在用户数量较多时，本报告提出的算法性能下界是最优算法的50%。此外提出的异构协同网络可以将同步时延误差缩减至传统算法的1/13。传输效率提高至传统算法的2倍。研究成果对实现移动边缘计算中的移动终端增效，异构移动边缘云的可靠通信等问题具有重要理论意义和应用价值。