移动边缘计算网络中的中继节点选择和卸载策略研究

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随着通信技术的发展,网络数据流量在无线通信系统中呈现爆炸式增长。同时,用户对高速率、低时延通信的需求也在日益增加。移动边缘计算网络通过在网络的边缘部署服务器,给用户提供计算服务,能够满足计算密集型业务的需求,吸引了学术界和工业界的广泛关注。然而由于传输距离的限制,有些终端可能无法和移动边缘服务器进行直接通信。引入中继节点可以协助终端进行数据转发和承担部分计算任务,提升用户的通信服务质量,是解决该问题的有效方法之一。在移动边缘计算网络中引入协作中继技术,可以增加边缘计算服务器的覆盖范围并解决传输过程中的无线信道衰落问题。然而,由于中继节点的通信和计算资源有限,采用电池供电的节点能量也是有限的,在多用户的场景下需要根据计算任务的能耗和时延要求设计出合理的节能卸载策略,并可以考虑引入能量收集等技术实现无线供能。同时,在存在多个可用中继节点的情况下,用户需要根据实际通信和计算需求选择出最优中继。本文研究了移动边缘计算网络中基于中继协作的计算卸载策略。本文的主要工作如下:提出了一种基于中继协作的节能计算卸载策略。针对多用户单中继的典型场景,中继节点会协助用户进行计算和通信,从而解决了系统的能耗问题。把计算任务分为本地计算、中继计算和移动边缘计算服务器计算三个部分,并建模讨论如何在不同的节点执行。中继节点使用射频能量收集技术来获取能量,从而补充协作时的能耗,同时利用全双工模式把接收到的信号转发到基站。多个用户采用非正交多址接入技术来卸载计算任务。将计算任务分配和通信资源分配建模为一个联合优化问题,优化目标设定为最小化系统的总能耗,并利用拉格朗日对偶算法求解。仿真结果表明,在时延的限制下,与其它传统的卸载方案相比,所提算法显著降低了系统的总能耗。提出了一种考虑多用户多中继配对的分布式计算卸载策略。针对多用户多中继的典型场景,根据每个用户的信道状态来分布式选择中继节点。中继节点会协助用户完成一部分计算任务,以及转发一部分计算任务到基站。为了解决用户的选择冲突问题,提出了联合考虑用户补偿、信道状态以及用户和中继节点之间密切程度的协调算法。最后,根据中继选择结果完成计算卸载过程,满足计算任务的时延要求。仿真结果表明,与其它传统的卸载方案相比,所提算法可以实现分布式中继节点选择,有效地降低节点的能耗。
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