东南大学;山西天河云计算有限公司惠吉峰获国家专利权
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龙图腾网获悉东南大学;山西天河云计算有限公司申请的专利一种基于边缘协作的智慧煤矿计算卸载方法及系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120614643B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-21发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202511102383.8,技术领域涉及:H04W28/02;该发明授权一种基于边缘协作的智慧煤矿计算卸载方法及系统是由惠吉峰;陈权;陆望东;薛继强;王艳龙;康卿飞;宋铁成;胡静设计研发完成,并于2025-08-07向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于边缘协作的智慧煤矿计算卸载方法及系统在说明书摘要公布了:本发明公开一种基于边缘协作的智慧煤矿计算卸载方法及系统,所述方法包括:采掘现场的终端设备在作业过程中生成时延敏感的音频、视频与传感器计算任务,构建通信资源分配的马尔可夫决策过程,选择最优的发射功率与传输子信道,实现本地计算卸载策略的智能决策;中心边缘计算节点基于全局负载信息,考虑边缘协作并构建负载均衡优化模型,并通过深度强化学习算法制定最优的计算任务迁移方案,从实现边缘节点间的高效协同。本发明将整体优化问题划分为通信资源分配与负载均衡两个子问题,通过两阶段深度强化学习方法进行联合求解,在训练完成后能够快速生成低时延的卸载与调度策略,显著提升智慧煤矿环境下计算资源的利用效率与任务处理性能。
本发明授权一种基于边缘协作的智慧煤矿计算卸载方法及系统在权利要求书中公布了:1.一种基于边缘协作的智慧煤矿计算卸载方法,其特征在于,包括以下步骤: 1将矿区终端设备在作业过程中会产生时延敏感的多类型计算任务通过任务类型、计算需求、最大可容忍时延抽象为具体任务信息;终端设备根据任务信息与本地计算资源制定计算卸载决策; 2终端设备定期估计信道状态信息,中心边缘服务器定期收集全局负载信息,建立包含终端设备与边缘计算节点的通信模型和计算模型;进而构建最小化计算卸载时延的资源分配优化问题,并将该优化问题分解为通信资源分配子问题与负载均衡子问题; 3针对通信资源分配子问题,终端设备在本地建立马尔可夫决策过程以描述通信资源分配过程,定义其状态空间、动作空间以及奖励函数; 4终端设备本地端基于多智能体柔性演员-评论家算法训练通信资源分配决策模型; 5针对负载均衡子问题,中心边缘节点收集所有终端设备状态信息,建立马尔可夫决策过程以描述任务迁移过程,定义其状态空间、动作空间以及奖励函数; 6中心边缘节点基于柔性演员-评论家算法训练负载均衡决策模型; 7终端设备实时观测信道状态信息与任务信息,基于训练完成的通信资源分配决策模型得到最优通信资源分配决策,并基于此决策将计算任务发送至边缘计算节点;然后每个边缘计算节点将本地负载信息上传至中心边缘节点,中心边缘节点基于训练完成的负载均衡决策模型得到最优负载均衡决策,并下放至所有边缘节点,完成任务的节点间迁移; 步骤2所述建立包含终端设备与边缘计算节点的通信模型和计算模型实现过程如下: 建立智慧煤矿计算卸载系统,表示边缘节点集合,共R个边缘节点,表示边缘节点r覆盖范围内的终端设备集合,终端设备的计算任务到达可被描述为到达率为的泊松过程,在每个时隙产生的计算任务可用三元组表示,为计算任务的数据量,为完成该任务所需的计算量,为任务执行的最大可容忍时延; 建立通信模型,终端设备与边缘计算节点r之间的任务上传时延表示为: ; 其中,为终端设备与边缘计算节点r之间的任务上传速率,通过如下香农公式得到: ; 其中,B为所选子信道带宽,为终端设备设定的传输功率,为加性高斯白噪声功率,表示终端设备在子信道k上的信道增益,表示终端设备间干扰,分别通过如下公式计算得到: ; ; 其中,为终端设备与边缘节点r在子信道k上的小尺度衰落,为终端设备与边缘节点r间的欧式距离,为路径损耗,使用表示子信道集合,共有K个子信道,表示终端设备是否选择子信道k传输任务,表示终端设备不选择子信道k传输任务,表示终端设备选择子信道k传输任务; 当终端设备的计算任务到达对应的边缘节点r后,该任务被进一步迁移到负载量较低的边缘节点u,其中,u=r则表示该计算任务不执行迁移,使用表示负载均衡决策集合,表示终端设备的计算任务是否从边缘节点r迁移到边缘节点u执行,表示任务从边缘节点r迁移到边缘节点u,则表示不迁移,任务迁移时延具体表示为: ; 其中,表示边缘节点r与边缘节点u之间的任务传输速率; 考虑任务传输产生的排队时延,该排队过程被建模为MM1队列,任务迁移产生的排队时延表示为: ; 其中,为局域网的服务速率; 因此,计算任务卸载的总通信时延表示为: ; 其中,和分别为终端设备的任务迁移总时延和任务迁移排队总时延; 建立计算模型,考虑计算任务在边缘节点等待处理的排队过程,该过程可被建模为MM1队列,当终端设备的计算任务卸载到边缘节点r,该计算任务被进一步迁移到边缘节点u执行时,任务的计算时延表示为: ; 其中,为边缘节点u的计算资源,表示边缘节点u完成所有需要执行的任务所需的计算量;终端设备的任务计算时延表示为: 。
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