【摘 要】
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随着互联网和移动应用的不断发展,可供用户使用的移动服务逐渐丰富完善,服务功能的丰富性以及移动应用的复杂性,移动服务的计算密集和时延敏感的应用特点愈发明显。近年来,计算卸载等技术的提出让移动设备可以将自身任务卸载到远程资源丰富的云端,从而克服移动设备的资源限制。但是,目前基于云的计算模式仍然具有高延迟的不足,不能满足移动用户的服务质量需求。在上述应用驱动下,边缘计算技术逐渐发展起来。通过将计算能力、
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随着互联网和移动应用的不断发展,可供用户使用的移动服务逐渐丰富完善,服务功能的丰富性以及移动应用的复杂性,移动服务的计算密集和时延敏感的应用特点愈发明显。近年来,计算卸载等技术的提出让移动设备可以将自身任务卸载到远程资源丰富的云端,从而克服移动设备的资源限制。但是,目前基于云的计算模式仍然具有高延迟的不足,不能满足移动用户的服务质量需求。在上述应用驱动下,边缘计算技术逐渐发展起来。通过将计算能力、通信能力、存储能力等移动服务与移动用户进行应用对接,边缘服务提供商可以向应用服务提供商提供相应的边缘计算资源,应用服务提供商可以将应用部署到边缘服务器中让用户获取到低时延的服务。边缘计算环境下的资源分配,涉及到越来越多的应用服务提供商和边缘服务提供商。边缘服务提供商和应用服务提供商之间的利益博弈,使得边缘计算环境下的资源分配成为一个亟需解决的技术和应用难题。针对边缘计算环境下的资源分配面临的上述问题,本文对边缘计算环境下资源分配框架及方法展开了针对性的研究。具体而言,本文的主要研究工作包括如下几项:(1)为了满足不同应用场景下的各类资源需求,针对边缘计算的应用特点,通过分析应用服务提供商的应用需求以及边缘服务提供商的利润需求,本文提出了一个基于拍卖机制的资源分配框架。该资源分配框架,自上而下分为三层,即服务层、平台层和资源层。服务层为应用服务提供商在不同应用场景下的资源需求,平台层中涉及到拍卖的各个模块包括用户注册、身份验证、具体的拍卖方法以及支付等功能,是框架的核心组件,而资源层则为边缘服务提供商所能提供的所有资源。(2)针对单类型资源需求的移动服务提供商的应用需求(如视频缓存等移动应用),本文提出了基于拍卖机制的边缘计算单类型资源分配方法。该方法由确定拍卖获胜者与交易价格算法和资源分配算法组成。首先根据处于活跃状态的拍卖参与者的报价信息以及供需信息计算出有效价格,之后再根据有效价格确定拍卖获胜者以及最终的交易价格,在获胜的拍卖参与者中,根据供需关系的约束条件得到最终分配资源的数量。通过对所提算法进行分析,本方法能够满足个人理性、激励相容和弱预算平衡的特点,针对不同指标进行的实验分析表明所提出的方法在资源利用率、系统效用等方面具有理想的结果。(3)针对多类型资源需求的移动服务提供商的应用需求(如增强现实等移动应用),本文提出了边缘计算环境下基于拍卖机制的多类型资源分配方法。具体而言,在该方法中首先讨论了针对多类型资源的组合双向拍卖模型,为了便于对模型进行求解,首先我们将模型进行了转化,并证明转化后模型实质上是多维背包问题。之后通过引入遗传算法对多维背包问题进行求解,最后通过资源定价与分配算法得到的拍卖结果即拍卖交易分配矩阵以及交易价格矩阵。通过一系列的仿真实验对所提算法在不同方面进行了验证。
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