高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

融合区块链与雾计算系统中基于网络时延和资源管理的优化任务卸载方案

刘通 唐伦 何小强 陈前斌

刘通, 唐伦, 何小强, 陈前斌. 融合区块链与雾计算系统中基于网络时延和资源管理的优化任务卸载方案[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(9): 2180-2185. doi: 10.11999/JEIT190654
引用本文: 刘通, 唐伦, 何小强, 陈前斌. 融合区块链与雾计算系统中基于网络时延和资源管理的优化任务卸载方案[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(9): 2180-2185. doi: 10.11999/JEIT190654
Tong LIU, Lun TANG, Xiaoqiang HE, Qianbin CHEN. Optimal Task Offloading Scheme Based on Network Delay and Resource Management in Joint Blockchain and Fog Computing System[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(9): 2180-2185. doi: 10.11999/JEIT190654
Citation: Tong LIU, Lun TANG, Xiaoqiang HE, Qianbin CHEN. Optimal Task Offloading Scheme Based on Network Delay and Resource Management in Joint Blockchain and Fog Computing System[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(9): 2180-2185. doi: 10.11999/JEIT190654

融合区块链与雾计算系统中基于网络时延和资源管理的优化任务卸载方案

doi: 10.11999/JEIT190654
基金项目: 国家自然科学基金(61571073),重庆市教委科学技术研究重大项目(KJZD-M201800601)
详细信息
    作者简介:

    刘通:男,1985年生,博士生,高级工程师,研究方向为边缘计算、区块链等

    唐伦:男,1973年生,博士,教授,博士生导师,研究方向为新一代无线通信网络、异构蜂窝网络、软件定义无线网络等

    何小强:男,1992年生,博士生,研究方向为5G网络切片、边缘计算等

    陈前斌:男,1967年生,博士,教授,博士生导师,研究方向为个人通信、多媒体信息处理与传输、下一代移动通信网络等

    通讯作者:

    刘通 liuyyshiwo@163.com

  • 中图分类号: TN929.5

Optimal Task Offloading Scheme Based on Network Delay and Resource Management in Joint Blockchain and Fog Computing System

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61571073), The Science and Technology Research Program of Chongqing Municipal Education Commission (KJZD-M201800601)
  • 摘要: 针对如何基于有限的系统剩余资源进行任务优化卸载以增加移动终端的数字货币收益问题,该文在融合区块链与雾计算系统中提出一种基于节点剩余资源、网络时延的任务卸载方案。为了实现任务的优化卸载,首先基于任务量对移动终端的预期收益进行了分析,其次基于网络节点剩余计算资源、存储资源、功率资源、网络时延联合分析了移动终端的支出。此后以最大化移动终端的数字货币收益为优化目标建立了数学优化模型,并利用模拟退火(SA)算法对优化模型进行求解。仿真结果证明上述方案的有效性。
  • 图  1  系统模型

    图  2  节点数量与时延的关系

    图  3  不同资源类型与定价的关系

    图  4  将任务迁移至不同执行主体的开销对比

    图  5  将任务迁移至不同执行主体的收益对比

    图  6  使用不同算法时的MUB收益对比

    图  7  数据量大小与收益的关系

    表  1  求解优化模型的模拟退火算法流程

     输入:${Q_{\rm{n}}}$, $\varphi $, ${T_{\max }}$, ${T_{\min }}$, $L$, $\nu $;
     输出:优化解$\pi^* = \{ \alpha^*,\beta^*\}$;
     (1) 初始化${Q_{\rm{n}}}$, 最高温度${T_{\max }}$和最低温度${T_{\min }}$,降温速度$\nu $,迭代
       次数$L$;
     (2) for m=1:L do;
     (3) 求解状态${\pi _m} = \{ {\alpha _m},{\beta _m}\}$, 并计算当前$E_{{\rm{n}}m}^{\rm{T}}$,将
       ${\pi _m} = \{ {\alpha _m},{\beta _m}\}$赋值给最佳解$\pi^* = \{ \alpha^*,\beta^*\}$;
     (4) 计算下一状态解${\pi '} = \{ {\alpha '},{\beta '}\}$,并计算对应的$E_{{\rm{n}}(m + 1)}^{\rm{T}}$;
     (5) 计算增量$\Delta E_{{\rm{n}}m}^{\rm{T}} = E_{{\rm{n}}(m + 1)}^{\rm{T}} - E_{{\rm{n}}m}^{\rm{T}}$;
     (6)  if $\Delta E_{{\rm{n}}m}^{\rm{T}} < 0$ then;
     (7) 接受当前解为最佳解,并将${\pi _m} = \{ {\alpha _m},{\beta _m}\} $赋值给最佳解
       $\pi^* = \{ \alpha^*,\beta^*\}$;
     (8)  else;
     (9) 以metropolis准则中的概率${p_{{\rm{sol}}}}$接受${\pi _m} = \{ {\alpha _m},{\beta _m}\}$作为当
       前最佳解;
     (10)  End if;
     (11)  if m≠L;
     (12)   返回(2);
     (13)  else;
     (14)    end for;
     (15) $T(k + 1) = \nu T(k)$;
     (16) if $T(k + 1) > {T_{\min }}$;
     (17)   返回(2);
     (18) else;
     (19) end for
    下载: 导出CSV

    表  2  各种节点的总资源和剩余资源量及其权重的设置

    节点类型资源类型总资源剩余资源权重
    BN存储资源(GB)1024[600, 800]0.33
    计算资源(MCPS)1000[600, 800]0.33
    功率资源(W)400[280, 350]0.34
    FN存储资源(GB)512[256, 300]0.33
    计算资源(MCPS)400[280, 350]0.33
    功率资源(W)40[28, 30]0.34
    MN存储资源(GB)128[16, 32]0.33
    计算资源(MCPS)200[100, 160]0.33
    功率资源(W)2[1.2, 1.6]0.34
    下载: 导出CSV
  • BACCARELLI E, NARANJO P G V, SCARPINITI M, et al. Fog of everything: Energy-efficient networked computing architectures, research challenges, and a case study[J]. IEEE Access, 2017, 5: 9882–9910. doi: 10.1109/ACCESS.2017.2702013
    张海波, 李虎, 陈善学, 等. 超密集网络中基于移动边缘计算的任务卸载和资源优化[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(5): 1194–1201. doi: 10.11999/JEIT180592

    ZHANG Haibo, LI Hu, CHEN Shanxue, et al. Computing offloading and resource optimization in ultra-dense networks with mobile edge computation[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2019, 41(5): 1194–1201. doi: 10.11999/JEIT180592
    CHEN Lixing, ZHOU Pan, GAO Liang, et al. Adaptive fog configuration for the industrial internet of things[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2018, 14(10): 4656–4664. doi: 10.1109/TⅡ.2018.2846549
    SHIRAZI S N, GOUGLIDIS A, FARSHAD A, et al. The extended cloud: review and analysis of mobile edge computing and fog from a security and resilience perspective[J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2017, 35(11): 2586–2595. doi: 10.1109/JSAC.2017.2760478
    YU Yong, LI Yannan, TIAN Junfeng, et al. Blockchain-based solutions to security and privacy issues in the internet of things[J]. IEEE Wireless Communications, 2018, 25(6): 12–18. doi: 10.1109/MWC.2017.1800116
    CHO H. ASIC-resistance of multi-hash proof-of-work mechanisms for blockchain consensus protocols[J]. IEEE Access, 2018, 6: 66210–66222. doi: 10.1109/ACCESS.2018.2878895
    CONTI M, KUMAR E S, LAL C, et al. A survey on security and privacy issues of bitcoin[J]. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2018, 20(4): 3416–3452. doi: 10.1109/COMST.2018.2842460
    TSCORSCH F and SCHEUERMANN B. Bitcoin and Beyond: A technical survey on decentralized digital currencies[J]. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2016, 18(3): 2084–2123. doi: 10.1109/COMST.2016.2535718
    JANG H and LEE J. An empirical study on modeling and prediction of bitcoin prices with bayesian neural networks based on blockchain information[J]. IEEE Access, 2018, 6: 5427–5437. doi: 10.1109/ACCESS.2017.2779181
    VAN DER HORST L, CHOO K K R, and LE-KHAC N A. Process memory investigation of the bitcoin clients electrum and bitcoin core[J]. IEEE Access, 2017, 5: 22385–22398. doi: 10.1109/ACCESS.2017.2759766
    LIU Mengting, YU F R, TENG Yinglei, et al. Computation offloading and content caching in wireless blockchain networks with mobile edge computing[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2018, 67(11): 11008–11021. doi: 10.1109/TVT.2018.2866365
    XIONG Zehui, ZHANG Yang, NIYATO D, et al. When mobile blockchain meets edge computing[J]. IEEE Communications Magazine, 2018, 56(8): 33–39. doi: 10.1109/MCOM.2018.1701095
    YAO Haipeng, MAI Tianle, WANG Jingjing, et al. Resource trading in blockchain-based industrial internet of things[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2019, 15(6): 3602–3609. doi: 10.1109/TⅡ.2019.2902563
    WANG Xiaojie, NING Zhaolong, and WANG Lei. Offloading in internet of vehicles: A fog-enabled real-time traffic management system[J]. IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2018, 14(10): 4568–4578. doi: 10.1109/TⅡ.2018.2816590
  • 加载中
图(7) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  2384
  • HTML全文浏览量:  967
  • PDF下载量:  118
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-29
  • 修回日期:  2019-10-25
  • 网络出版日期:  2020-03-18
  • 刊出日期:  2020-09-27

目录

    /

    返回文章
    返回