【科技前沿】第24期:高效边缘计算-通信联合管控技术研究进展

【编者按】为了更好地营造校园学术氛围，传播我校学术科研动态，即日起，学校在校园网开辟“科技前沿”专栏，定期总结、回顾学校师生取得的科研成果。欢迎广大师生及时把自己的学术科研成果以邮件的形式告诉我们，我们希望获得您以下成果信息：为政府、企业、媒体进行了专业咨询；科技成果通过了相关鉴定；科技成果落地、实现产业化；发表了高水平的学术论文；获得了专利授权；出版、编著了专著、教材；获得了科技奖励；在重要学术会议上进行了发言……

我们愿意为有学术追求的师生搭建一个交流的平台，希望在师生的努力下，学校的学术氛围可以日益浓厚，让我们为实现电子信息特色鲜明的国内高水平大学而奋斗。联系邮箱：dwxcb@guet.edu.cn。

近日，我校信息与通信学院仇洪冰教授、王俊义研究员等带领的团队以及其合作者在移动边缘计算管控研究方向取得了重要进展。通过充分挖掘移动终端对计算和通信资源的复杂竞争和共享关系，提出在线资源协调-配置方案，有效解决系统终端随机应用请求与时变计算和通信资源间实时适配难题。代表性研究成果在国际期刊《IEEE Transactions on Wireless Communications》发表了题目为“D2D-Assisted Multi-User Cooperative Partial Offloading, Transmission Scheduling and Computation Allocating for MEC”的学术论文。《IEEE Transactions on Wireless Communications》是国际电气与电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）在无线通信系统和网络理论及应用领域的顶级期刊，属于中科院（升级版）和JCR 1区TOP期刊，影响因子为7.016。

面向实际海量复杂新兴物联网应用（如增强/虚拟现实、高清视频等）超高可靠、超低时延的极致响应需求，团队近年来致力于研究边缘计算与通信联合管控技术，设计面向移动智能终端的物联网应用响应方案，缓解“资源瓶颈”对网络服务能力的影响，实现系统资源和新兴物联网应用的合理高效适配，支持动态环境下多元化物联网应用随时随地快速绿色响应，为超能交通、智能交互、通感互联网、全息无线电等全新领域提供坚实的理论支撑。

面对高动态的移动边缘计算系统（如图1），全面合理考虑随机应用请求、不确定终端处理状态、时变边缘计算及通信状态，构建融合数据及服务更新队列的、可个性化调整的计算卸载模型（如图2），实现终端应用响应时延和能耗同时最小化。利用Lyapunov优化架构、变量替换技术，同时结合资源供应优先机制，团队成员设计并提出了低复杂度的在线资源协调-配置方案。

图2基于队列更新的动态应用响应

图3从优化目标角度展示所提在线资源协调-配置方案（即ORCAS）的优势，同时揭示应用响应时延与能耗的相互作用关系。如图所示，ORCAS产生的平均系统响应代价最小，理由是，在满足用户服务需求（包括最大时延和能耗）前提下，ORCAS允许灵活调整权重因子。换句话说，所提出的ORCAS能够基于用户需求适当调节权重因子优化终端应用响应时延和能耗，实现系统响应代价整体最低。

图3 ORCAS调控下的终端应用响应时延与能耗相互作用

图4从应用响应方式角度展示所提在线资源协调-配置方案（即ORCAS）的优势。如图所示，具备部分卸载和D2D协作卸载两大优势的ORCAS性能最优，能够实现高质量服务响应，同时扩展高质量服务覆盖范围。

该研究工作是基于认知无线电与信息处理省部共建教育部重点实验室以及广西无线宽带通信与信号处理重点实验室，在国家自然科学基金、广西自然科学基金面上项目、广西无线宽带通信与信号处理重点实验室主任基金项目等的资助下完成。