[边缘计算]计算卸载学习笔记

发表于 2022-04-02 更新于 2022-05-09 收录于学习笔记

一些关于边缘计算的学习笔记。

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卸载模式

一个任务可以在本地处理也可以卸载到边缘服务器。可以分为：

(1)全部卸载。即一个任务要么全部在本地处理，要么全部卸载到边缘服务器上。
(2)部分卸载。即任务可以按百分比的方式卸载，一个任务可以一部分在本地进行，一部分在边缘服务器上运行。

在卫星上的边缘计算卸载还会出现的情况：

用户的任务是考虑在本地执行还是考虑发送到卫星上运行再返回结果。
当卫星收到用户的数据后，是在本地执行计算还是发送到地面云数据中心。

通信模型

根据不同的信道考虑不同的模型，但基本都参考香农公式

香农公式：

C = W * \log_{2} (1 + \frac{S}{N}) (b i t / s)

C是数据速率的极限值，单位bit/s；W为信道带宽，单位Hz；S是信号功率（瓦），N是噪声功率（瓦）。香农公式中的S/N是为信号与噪声的功率之比，对于无干扰的通信模型，例如我们采取时分多址技术或正交频分多址技术，传输速率可以计算如下：

r_{k} = B \log_{2} (1 + \frac{p_{k} h_{k}^{2}}{N_{0}})

其中 B是信道带宽（赫兹）;$N_0$是信道内部的高斯噪声功率; $p_k$是设备 $ED_k$的传输功率，$h_k$代表信道增益。

对于有干扰的通信模型，采用码分多址技术，传输速率的计算：

r_{k} = B \log_{2} (1 + \frac{p_{k} h_{k}^{2}}{N_{0} + \sum_{i \neq k} p_{i} h_{i}^{2}})

$\sum_{i \neq k} p_{i} h_{i}^{2}$表示不同设备之间的干扰。

计算模型

计算模型一般考虑的是时间和能耗。一般定义的评判函数为
F(t,e) = at + be 其中a,b为权重，t,e为时间和能耗。根据所考虑的通信模型不同，在本地执行和卸载到边缘服务器上的时间和能耗都要分开计算。

在本地上执行

在本地上执行不需要考虑传输时间需要的时间和能耗。只要考虑处理数据的时间和能耗。
一种定义计算任务额度方式为($w_k,s_k$),其中$w_k$代表完成计算任务所需要的CPU周期数（可以理解为需要的计算能力），$s_k$表示输入数据的大小。CPU 周期又称为机器周期，在计算机中，常把一条指令的执行划分为若干个阶段。每一个阶段完成一个基本操作，完成一个基本操作所需要的时间叫做机器周期。有

t_{k}^{L} = \frac{ω_{k}}{f_{k}}, e_{k}^{L} = ρ ω_{k}

其中$t^L_l$和$e^L_k$分别表示本地计算和时间和能耗。$f_k$为计算设备的计算能力，即指设备每秒执行的CPU周期数。过程中能耗与CPU周期数成正比，ρ为比例系数。

在边缘服务器上执行

在边缘服务器上执行则要考虑传输时延和能耗。一些模型中还考虑了排队时延。
传输时延和能耗为：

t_{k}^{T} = \frac{s_{k}}{r_{k}}, e_{k}^{T} = p_{k} \cdot t_{k}^{T}

$r_k$为传输速率，$p_k$代表$ED_k$的数据传输功率。