電力物聯(lián)網(wǎng)中單用戶場景下的任務(wù)卸載算法分析綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u2742電力物聯(lián)網(wǎng)中單用戶場景下的任務(wù)卸載算法分析綜述 121451.1引言 1198511.2單用戶場景描述 2268781.3單用戶場景模型構(gòu)建 296051.3.1整體模型 251851.3.2任務(wù)模型 3103101.3.3本地執(zhí)行模型 392051.3.4云端計算模型 4164801.3.5計算任務(wù)負載建模 5引言在移動邊緣計算中，將需要計算的任務(wù)卸載到邊緣設(shè)備上，可以利用更=比移動設(shè)備更多的資源。而且大概率能夠降低任務(wù)執(zhí)行時間以及消耗的能量。然而，移動邊緣系統(tǒng)的執(zhí)行效率與任務(wù)卸載決策有直接的關(guān)系。所以，任務(wù)卸載策略在移動邊緣計算中非常重要，地位無可比擬，需要根據(jù)具體情況具體分析，給出最優(yōu)的決策。本章的建模場景是只有一個用戶，也就是只有一個移動設(shè)備端，總共有很多任務(wù)需要執(zhí)行，但是，任務(wù)之間相互獨立，相互沒有關(guān)聯(lián)，所以并不需要考慮先后順序。而且設(shè)定移動設(shè)備端和邊緣設(shè)備端均可以執(zhí)行任何一個任務(wù)。如果某個任務(wù)需要卸載到移動設(shè)備端執(zhí)行，那么需要規(guī)定同時只能有一個任務(wù)被傳輸。雖然說邊緣計算能力大于移動端，但是畢竟不是云上，它的計算能力也不是無限的，所以本章中假設(shè)邊緣設(shè)備與移動設(shè)備相同，均是同時只能執(zhí)行一個任務(wù)。在本章設(shè)定的場景中，因為任務(wù)之間沒有聯(lián)系，所以任務(wù)的執(zhí)行順序?qū)θ蝿?wù)的時延和能耗沒有影響。所以本章的卸載策略只需要決定是否卸載，不用確定任務(wù)執(zhí)行的順序，因為任務(wù)順序并不影響最終結(jié)果。要同時考慮到如何降低時延以及能耗，通過特定算法給出決策，在這之后計算所有任務(wù)的負載，以求整體負載最低。單用戶場景描述在系統(tǒng)中，移動設(shè)備只有一個，這個用戶有多個任務(wù)需要執(zhí)行，而且任務(wù)之間沒有聯(lián)系，因此直接對任務(wù)所耗的時間以及能耗直接加和即可。如果決定這個任務(wù)需要在邊緣設(shè)備上執(zhí)行，而邊緣設(shè)備并沒有執(zhí)行任務(wù)的相關(guān)數(shù)據(jù)，所以需要移動設(shè)備需要傳輸計算任務(wù)的相關(guān)數(shù)據(jù)給邊緣端，而且傳輸通道是單一的，也就是說同一時刻只能有一個任務(wù)的數(shù)據(jù)被上傳。邊緣計算設(shè)備端，設(shè)備的計算資源也是有限的，就是說邊緣設(shè)備只能滿足一定數(shù)據(jù)的計算需求。本章假設(shè)邊緣設(shè)備同一時刻只能執(zhí)行一個任務(wù)。邊緣設(shè)備執(zhí)行完任務(wù)后，將執(zhí)行結(jié)果傳輸給移動設(shè)備端。單用戶場景模型構(gòu)建整體模型整體的模型如圖3-1所示。整個模型由移動設(shè)備和邊緣設(shè)備組成，在移動設(shè)備上執(zhí)行對時間要求比較高的以及計算比較密集的任務(wù)，設(shè)移動設(shè)備端總共有N個任務(wù)需要決策，任務(wù)暫時存放在圖中的任務(wù)隊列之中，在做出卸載決策后，移動設(shè)備的將需要卸載的任務(wù)傳輸給不同的執(zhí)行板塊，包括本地CPU和發(fā)射單元（TransmitUnitTU），部分任務(wù)通過發(fā)射端將數(shù)據(jù)傳輸給邊緣設(shè)備，邊緣設(shè)備上執(zhí)行完之后會產(chǎn)生結(jié)果數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要傳送回移動設(shè)備端。邊緣設(shè)備上有一個空間可以存放等待執(zhí)行的任務(wù)，雖然邊緣設(shè)備的計算能力比移動設(shè)備要高，但是仍不比云上可靠，只能一個一個串行執(zhí)行任務(wù)。圖3-1整體模型圖任務(wù)模型觀察圖3-1的整體模型圖，這里一共有兩處空間可以存放任務(wù)，一個存放需要執(zhí)行的任務(wù)整體，位于移動設(shè)備端；剩下的一個存放即將被邊緣設(shè)備執(zhí)行的任務(wù)。這里認為總共需要執(zhí)行的有N個任務(wù)，記為。每個計算任務(wù)的數(shù)據(jù)量，計算量以及結(jié)果數(shù)據(jù)用下面的三個符號來表示：。其中表示當(dāng)前任務(wù)所需要的數(shù)據(jù)多少，包括輸入?yún)?shù)等參考數(shù)據(jù)，如果需要卸載到邊緣設(shè)備上執(zhí)行，那這些數(shù)據(jù)就要被移動設(shè)備的傳輸端將資源傳輸給邊緣設(shè)備；表示執(zhí)行這些任務(wù)需要多大的計算量；表示任務(wù)執(zhí)行完之后產(chǎn)生的結(jié)果，也存在一定的數(shù)據(jù)量，因為任務(wù)被傳輸?shù)竭吘壴O(shè)備后，計算結(jié)果需要從邊緣設(shè)備傳輸給移動端。但是相比較于前兩者，這個數(shù)據(jù)量顯然很小，在本文模型中不考慮了，因為計算結(jié)果對任務(wù)整體的影響很小。本地執(zhí)行模型如果某些任務(wù)確定要在本地執(zhí)行的時候，就不需要通過移動設(shè)備進行傳輸。所以這個任務(wù)的能量消耗在計算的時候只需要計算本地CPU處理的時候消耗多少能量，同時，任務(wù)消耗時間不僅要計算本任務(wù)的耗時，也要加上本任務(wù)之前所有任務(wù)的耗時。設(shè)和代表執(zhí)行任務(wù)i所需要的時間以及執(zhí)行任務(wù)i之前需要等待的時間，表代表本地端移動設(shè)備的執(zhí)行計算能力，因此，本地執(zhí)行的時間可以用以下公式表示： （3-1）我們假設(shè)在經(jīng)過決策后，在總體N個任務(wù)里面，決策出個任務(wù)在本地端移動設(shè)備上執(zhí)行，同時也確定剩下的個任務(wù)要傳輸?shù)竭吘壴O(shè)備上執(zhí)行： （3-2）用L=表示本地移動設(shè)備端執(zhí)行的任務(wù)號，C=表示邊緣設(shè)備執(zhí)行的任務(wù)號。那么可以得出任務(wù)的等待時間為： （3-3）由此可以計算出任務(wù)總共需要的時間延遲可以用以下公式表示：（3-4）之后就可以計算出所有的需要在本地端移動設(shè)備上執(zhí)行的任務(wù)的總耗時： （3-5）計算能量消耗的時候需要知道本地端移動設(shè)備的處理功率（W），之后能耗可以得出： （3-6）因此，總共的能耗可以計算出： （3-7）經(jīng)過以上的分析，可以得出任務(wù)在本地執(zhí)行所消耗的時間以及能耗。下面提出任務(wù)在邊緣設(shè)備執(zhí)行所需要的時間以及能耗的計算公式。云端計算模型如果任務(wù)需要卸載到云端執(zhí)行，那么整體執(zhí)行需要兩個步驟，先卸載再執(zhí)行。對計算任務(wù)，其中，要通過移動設(shè)備的發(fā)射端將數(shù)據(jù)傳輸給邊緣設(shè)備。發(fā)射的設(shè)備的處理數(shù)據(jù)以及帶寬是有限的，每次只能發(fā)射一個任務(wù)的數(shù)據(jù)，我們給出發(fā)射功率為，就可以計算出傳輸速率。在給定一定數(shù)量的任務(wù)后，通過卸載決策得出哪些需要在本地執(zhí)行哪些需要在云上執(zhí)行，就可以得到任務(wù)集。對于一個計算任務(wù)來說，當(dāng)邊緣設(shè)備是空閑時，才可以執(zhí)行任務(wù)。對于所有任何卸載到邊緣設(shè)備上執(zhí)行的任務(wù)中的第m個來說，令符號和符號代表任務(wù)從移動端到邊緣端需要的時間以及執(zhí)行需要的時間，所以為： （3-9）之后計算任務(wù)執(zhí)行時間： （3-10）其中（單位Hz）表示邊緣設(shè)備的計算能力。之后計算能耗的大小。同樣，不考慮順序，能耗大小可以直接加和，用表示上傳需要耗費的能量： （3-10）其中表示任務(wù)發(fā)射功率。令，任務(wù)執(zhí)行所需要的能量，那么可以得到： （3-11）那么，所有需要卸載的任務(wù)所消耗的總能耗可以表示為： （3-12）同理，我們也可以得到所有任務(wù)所消耗的總時間為： （3-13）因此構(gòu)建任務(wù)負載模型變得可行。計算任務(wù)負載建模進行上述分析之后，我們可以得到本地執(zhí)行的時延與能耗，也得到了云上執(zhí)行的時延與能耗。之后需要使用這些數(shù)據(jù)來構(gòu)建任務(wù)負載模型。將能量消耗與時間延遲綜合考慮成一個參數(shù)：負載，從而使用戶各種各樣的要求能夠得到滿足，同時可以隨時調(diào)整參數(shù)設(shè)置。通過以上數(shù)據(jù)，將所有任務(wù)完成時間進行加和： （3-14）將所有任務(wù)的能耗加和e為： （3-15）假設(shè)系統(tǒng)整體的負載表示為K： （3-16）用，這兩個符號分別代表時間延遲和