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摘要：本发明公开了一种基于退避响应的终端设备传算状态更新和任务卸载方法，在网络边缘终端设备间的自主任务卸载中，用户设备如何更新候选服务设备的实时状态信息并决策卸载目标，以优化由状态更新和任务执行共同构成的自主任务卸载延时。本发明首先根据各候选服务设备的传输和计算状态量化预估其作为卸载目标的任务完成时间；然后将这些预估任务完成时间映射为退避时间，候选服务设备在等待其退避时间后开始占用信道以响应用户设备广播的状态探测消息；进一步根据成功响应或信号碰撞情况自适应地调整映射算法中的参数；用户设备等待一段时间后选取预估任务完成时间最短的已回复候选服务设备作为卸载目标。

主权项：1.一种基于退避响应的终端设备传算状态更新和任务卸载方法，用于网络边缘中的用户设备和候选服务设备；其特征在于传算状态更新和任务卸载包括有下列步骤：步骤一：用户设备广播状态探测消息；用户设备UE根据其当前状态和任务需求生成计算任务；步骤101：生成状态探测消息；用户设备UE生成状态探测消息，记为PM，且c代表任务在计算过程中需要独占使用的计算资源单元数；t计算表示任务在卸载目标设备上的计算时间；D输入代表任务在输入阶段需要传输的数据量；D输出代表任务在输入阶段需要传输的数据量； 代表在X轴方向上用户设备的位置； 代表在Y轴方向上用户设备的位置； 代表在X轴方向上用户设备的速度； 代表在Y轴方向上用户设备的速度；步骤102：广播状态探测消息；用户设备UE将生成的状态探测消息以广播方式发送到无线空间中；当广播后用户设备UE将从发出广播开始记录时间，即等待时间T；将用户设备等待的最大时间限制，记为等待最长时间T限制；步骤二：候选服务设备预估任务完成时间；步骤201：解析状态探测消息；任意一候选服务设备CSi收到状态探测消息后对其进行报文消息的解析，获取任务需求和用户设备状态信息，记为当MCS＝{CS1,CS2,…,CSi,…,CSj,…,CSN}中的所有候选服务设备完成报文消息解析后，获取报文消息解析集合记为步骤202：量化计算状态并预估等待时间；将连续时间的马尔可夫模型中的状态采用集合形式表示为 表示候选服务器CSi的马尔可夫状态空间中的第u个状态，表示候选服务器CSi的马尔可夫状态空间中的第h个状态，表示候选服务器CSi的马尔可夫状态空间中的第w个状态，表示候选服务器CSi的马尔可夫状态空间中的最后一个状态； 表示候选服务器CSj的马尔可夫状态空间中的第u个状态，表示候选服务器CSj的马尔可夫状态空间中的第h个状态，表示候选服务器CSj的马尔可夫状态空间中的第w个状态，表示候选服务器CSj的马尔可夫状态空间中的最后一个状态； 表示候选服务器CSμ的马尔可夫状态空间中的第u个状态，表示候选服务器CSμ的马尔可夫状态空间中的第h个状态，表示候选服务器CSμ的马尔可夫状态空间中的第w个状态，表示候选服务器CSμ的马尔可夫状态空间中的最后一个状态；从状态u转移到状态w的状态转移到达时间为 表示从状态到状态且到达状态集的状态转移到达时间； 表示状态上停留时间的指数分布的速率参数； 表示候选服务器CSi从状态到状态的转移率； 表示从状态到状态且到达状态集的状态转移到达时间；候选服务设备CSi基于连续时间的马尔可夫模型对其可用计算资源的变化进行建模，形成了候选服务设备的马尔可夫模型，记为SR，且 代表候选服务器CSi的马尔可夫状态空间； 代表候选服务器CSi的率矩阵；候选服务器CSi的转移率，记为所述表示从一个状态到另一个状态的转移率；候选服务器CSi的状态转移到达时间，记为依据状态转移到达时间计算得到属于候选服务设备CSi的状态转移到达时间，记为候选服务器CSi的等待时间当MCS＝{CS1,CS2,…,CSi,…,CSj,…,CSN}中的所有候选服务设备经算力状态变化的马尔可夫模型后，获取任务在各个候选服务设备上执行的等待时间；步骤203：量化传输状态并预估输入和输出的传输时间；候选服务设备CSi基于无线链路的传播模型对链路状态进行建模，得出信道容量期望随时间的函数，并以积分形式求解输入和输出阶段的传输时间为 表示用户设备UE将输入数据传输到候选服务设备CSi上的传输时间；E·表示用户设备UE与候选服务设备之间的期望信道容量； 表示候选服务设备CSi与用户设备UE的信道容量； 表示候选服务设备CSi与用户设备UE在时刻t的相对距离；考虑具有稳定移动模式的设备，因此其可被表示为和分别代表候选服务设备CSi与用户设备UE在初始时刻的两个正交方向X轴，Y轴上分解的相对距离；和分别代表候选服务设备CSi与用户设备UE在时刻t在两个正交方向X轴，Y轴上分解的相对速度；D输入代表任务在输入阶段需要传输的数据量；t计算表示任务在候选服务设备上的计算时间； 表示候选服务设备CSi将输出数据传输到用户设备UE上的传输时间；D输出代表任务在输入阶段需要传输的数据量；期望的表示为 代表候选服务设备CSi的带宽；e表示自然底数； 代表候选服务设备CSi与用户设备UE间信噪比的指数分布参数，可被表示为Pη代表无线信道上的噪声功率；代表候选服务设备CSi的信号发射功率；表示候选服务设备CSi与用户设备UE的相对距离；α代表路径损耗指数；在此基础上，候选服务设备CSi检查从开始时刻0到时刻过程中的信号中断概率；若信号终端概率低于阈值β，则该候选服务设备CSi放弃响应状态探测消息不再进行步骤三与步骤四；信号中断概率可被表示为β代表可检出信号的信噪比阈值；同理可得，候选服务设备CSj基于无线链路的传播模型对链路状态进行建模，得出信道容量期望随时间的函数，并以积分形式求解输入和输出阶段的传输时间步骤204：综合传算状态得到预估任务完成时间；依据候选服务设备CSi的和并结合计算候选服务设备CSi的任务执行延时同理可得，候选服务设备CS1的任务执行延时候选服务设备CS2的任务执行延时候选服务设备CSj的任务执行延时候选服务设备CSN的任务执行延时步骤三：候选服务设备基于映射的退避响应处理；步骤301，初始化映射算法参数；设置映射算法参数：退避窗口W退避，映射窗口下界W映射下，映射窗口上界W映射上，指数参数k，底数参数b；步骤302，分布式映射退避时间；步骤A，候选服务设备CSi检查是否在映射窗口W映射下,W映射上内；若不在，则CSi不进行退避和响应操作；若CSi已监听到低于则CSi也不进行退避和响应操作；步骤B，候选服务设备CSi生成随机变量，记为步骤C，候选服务设备CSi作对数映射，取HCSi＝-logbZCSi；步骤D，候选服务设备CSi分别对映射窗口W映射下,W映射上做相应的映射，其中随机变量直接按其均值取值，也即取H下界←klogbW映射下和H上界←klogbW映射上；步骤E，候选服务设备CSi作线性映射到退避窗口W退避内，取步骤F，候选服务设备CSi等待时间并在此期间持续监听信道，若信道保持空闲，则候选服务设备CSi在等待结束后开始占用信道并响应状态探测消息若信道不保持空闲，则候选服务设备CSi不响应状态探测消息候选服务设备CSi基于映射退避时间，记为同理可得，候选服务设备CS1基于映射退避时间，记为候选服务设备CS2基于映射退避时间，记为候选服务设备CSj基于映射退避时间，记为候选服务设备CSN基于映射退避时间，记为映射退避时间集合，记为各个候选服务设备MCS＝{CS1,CS2,…,CSi,…,CSj,…,CSN}分别执行步骤302，从而得到MCS＝{CS1,CS2,…,CSi,…,CSj,…,CSN}的退避时间，记为MCS＝{CS1,CS2,…,CSi,…,CSj,…,CSN}在等待退避时间后依据信道占用情况响应状态探测消息步骤四：候选服务设备基于前序响应自适应调整参数将分布式退避和响应的轮次，记为L；在轮次L下的退避时间集记为在轮次L下的响应状态探测消息在轮次L下的参数分别记为：退避窗口映射窗口下界映射窗口上界指数参数kL，底数参数bL；候选服务设备CSi按轮次在退避窗口时间内进行分布式退避和响应，当前轮次记为L，下一轮次记为L+1，上一轮次记为L-1；在当前轮次L根据上一轮次L-1的各候选服务设备响应或碰撞事件调整映射算法参数；在第一个轮次下进行的退避和响应中，记轮次L＝1；步骤401：自适应调整映射算法参数；在当前轮次L下MCS＝{CS1,CS2,…,CSi,…,CSj,…,CSN}依据来调整下一轮次L+1中的映射算法参数；A若响应状态探测消息中的消息之间发生碰撞，则将退避窗口翻倍，即设置同时将映射窗口二分并取较小的部分，即保持映射窗口下界不变，设置B若MPKL为空，则切换映射窗口W映射下,W映射上，并将赋值给同时将其前序轮次中最近的更大值赋值给l表示位于L之前的且被选取的轮次；C若MPKL的模为1，则将退避窗口设置为同理可得，MCS＝{CS1,CS2,…,CSi,…,CSj,…,CSN}中的其余候选设备分别执行步骤401的操作；步骤402：重复退避和响应操作；采用T、T限制、MPKL和MPKL-1来判断是否重复退避和响应操作；若T＜T限制并且MPKL和MPKL-1不同时为空，则MCS＝{CS1,CS2,…,CSi,…,CSj,…,CSN}中的各个候选服务设备在下一轮次L+1中执行步骤302和步骤四；否则进入步骤五；步骤五：用户设备对任务进行卸载；如果用户设备UE在同一时刻同时收到响应－候选服务设备集合发来的响应消息集合则中的响应消息会发生碰撞，导致用户设备UE不能成功接收中的任何一个响应消息；若MCS＝{CS1,CS2,…,CSi,…,CSj,…,CSN}中各个候选服务设备在接收到后，未向用户设备UE发送响应消息的候选服务设备集合，称为未响应－候选服务设备集合不向用户设备UE发送响应消息；即用户设备UE不对进行任务卸载；步骤501：用户设备决策卸载目标；用户设备UE从中选择预估任务完成时间最短的候选服务设备作为卸载目标，记为CSi-目标；步骤502：自主执行卸载任务；用户设备UE将任务卸载到CSi-目标上，并开始自主任务执行过程；任务的执行主要分为四个阶段：输入、等待、计算和输出；任务执行延时计算为 表示用户设备UE将输入数据传输到卸载目标设备CSi-目标上的传输时间； 表示卸载目标设备CSi-目标等待可用计算资源达到任务算力需求的等待时间；t计算表示任务在卸载目标设备CSi-目标上的计算时间； 表示卸载目标设备CSi-目标将输出数据传输到用户设备UE上的传输时间；在该过程中，输入数据的传输和对计算资源的等待同时开始；步骤503：计算自主任务卸载延时；自主任务卸载延时计算为T表示用户设备UE的等待时间； 表示任务在卸载目标CSi-目标上的任务执行延时。

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百度查询： 北京航空航天大学 基于退避响应的终端设备传算状态更新和任务卸载方法