基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法与流程

1.本发明涉及一种任务调度方法，属于网络通信技术领域，具体是涉及一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法。


背景技术：

2.基于无线通信技术，通过多个节点(具有计算能力的硬件设备，例如公共计算单元、数据收发器、车载电脑、移动设备等，注：数据收发器附近装有微型计算机，用作数据存储、数据处理，故本文的数据收发器具有数据存储、数据出力、数据收发的能力)组成ad-hoc网络。摄像头拍摄比赛的同时，将搜集的模拟信号经过采样-量化的方式，通过任务卸载技术，传送到计算能力强的节点进行编码计算，从而转化为数字信号，再将数字信号数据(以下统称为有效数据)传输到用户的移动端设备上，系统会根据有效数据进行分析决策，判断哪种观赛网络通道能提供高效的传输速率以及观赛最佳计算节点，最终通过智能化推荐算法，向用户推荐最佳观赛网络路径，提升用户观赛体验，解决移动端观赛时存在的卡顿现象。


技术实现要素：

3.以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。
4.本发明主要的目的是解决现有技术中所存在的技术问题，提供了一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法，该方法通过自组网络的形式，无需前期铺设硬件，只需多个移动节点在某一时刻进行自组网络即可，即节省了硬件铺设的费用，又能通过卸载决策的方法，快速找到周边高性能的节点，大大提升用户体验。
5.为解决上述问题，本发明的方案是：
6.一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法，应用于无线网中，所述无线网络包括若干个数据收发器，以及分别与各数据收发器组网的自组织网络，所述自组织网络包括若干个计算节点；
7.包括以下步骤：
8.响应于用户的观看请求，由用户附近的数据收发器向赛事现场的数据收发器发送数据请求；
9.由赛事现场附近数据收发器其所属自组织网络内节点处理赛事现场数据并将处理后的数据返回至用户。
10.优选的，上述的一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法,
11.处于用户附近的数据收发器和赛事现场的数据收发器之间的中间数据收发器在接收到用户的请求后，评估自身所属自组织网络的计算能力，并将评估结果发送至下一数
据收发器。
12.优选的，上述的一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法,
13.由赛事现场附近数据收发器其所属自组织网络内节点处理赛事现场数据包括：
14.开销评估步骤，评估起始节点以及与起始节点相距预定跳数的邻居节点的任务开销；
15.路径确定步骤，基于所述任务开销评估结果，选择开销最低的节点进行数据处理，并将处理后的结果发送至用户侧。
16.优选的，上述的一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法,
17.所述开销评估步骤中，计算直接在起始节点处理赛事现场数据的开销以及在与起始节点相距离预跳数的节点中处理赛事现场数据的开销，根据计算结果，选择开销最低的节点进行赛事现场数据的处理。
18.优选的，上述的一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法,所述预定跳数为3跳。
19.优选的，上述的一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法,所述开销包括计算开销以及传输开销。
20.因此，相对于现有技术，本发明的优点是：
21.1、通过节点对任务的预处理分析，进行任务卸载决策，可供选择的本地计算、一次任务卸载计算、二次任务卸载计算，能将各节点的计算资源最大化利用。
22.2、二次任务卸载计算，在原有的任务卸载计算上做出突破，考虑节点间接能力的新思路，通过负载权重值的方法，综合考量一个节点的性能。
附图说明
23.并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本发明的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。
24.图1例示了本发明实施例中的应用场景示意图；
25.图2例示了本发明实施例中的网络模型示意图；
26.图3例示了本发明实施例中的逻辑示意图。
27.将参照附图描述本发明的实施例。
具体实施方式
28.实施例
29.如图1所示，用户打开手机准备开始观赛，通过a1向附近的数据收发器a3发送指令。a3在某一时刻的自组网内进行筛选计算能力较强的节点，若无计算能力强的节点则在向a3自组网节点附近的邻居节点发送指令的同时，会告知本区域内无计算能力较强的节点，数据收发器a2、a4、a5从场馆的硬件采集设备搜集到数据后，在比赛现场，摄像头采集到比赛视频数据后，将通过a2/a3/a4/a5自组网节点进行计算，最终将模拟信号转化成有效的数字信号，由a2/a4/a5-a3-a1自组网络节点圈传输给用户，为用户提供无卡顿的高清直播视频。
30.根据图1的应用场景，构造抽象的网络模型，如下图2所示，其中h、bi(b1,b2,b3,
…
,b12
)为具有计算能力的移动节点，ai(i＝1,2,3,4,5)为节点附近的数据收发器节点，a2、a4、a5为赛事举办地，a3为任务调度的起始节点，h、a1进行组网，b
1-b6、a3进行组网，b3、b7、b8、a2进行组网，b4、b9、b
10
、a5进行组网，b2、b
11
、a4进行组网在自组网络内的各自节点可进行通信。本实施例中，起始节点指的是任务首次开始进行卸载的节点a3，通过用户侧发起需求，到起始节点进行任务调度，经过a1-a3-a2组网圈传输任务计算指令，再由a2-a3-a1组网圈回传任务计算结果
31.本模型满足以下前提条件：1)数据在传输的过程中不会丢包；2)目标区域内的移动终端都能进行正常工作；3)该自组网络是在某一时刻进行的，在该时刻内所有计算节点为静态分布；4)自组网内的节点都时安全可信的。
32.本实施例中，重点考虑的是当a3节点的数据处理能力有限，无法满足用户对低时延的要求时，则进行任务卸载。
33.每个节点x对应的能力除了有自身的计算能力、通信能力等直接能力d之外还有节点的间接能力s，指在自组网内，起始节点周围的某一邻居节点所能提供的计算、存储和通信能力的总称。与此同时，还有综合评估该节点的综合能力c。
34.节点的cpu处理速率为v
ax
，数据传输速率为v
bx
。传输的任务数据量为g，节点待计算的任务量用指令集l表示，假设任务处理前后的数据量不变，则有：
[0035][0036]
由于自组网移动性强、网络拓扑结构变化快，因而每个节点的邻居节点在不同的时刻可能都会是不同的节点，由此在计算间接能力s时会具备较强的随机性。故对节点的间接能力进行随机赋值，其取值范围为[0,1]，
[0037]sx
＝rand(0,1)
[0038]
当s
x
值越小，代表此节点的邻居节点所能提供的计算、存储和通信能力越强，反之亦然。
[0039]
用户在发起任务需求指令后，系统会对自组网内的节点进行能力预判，及时的选出能力最强的节点，但由于节点的性能随着负载量大小动态变化，因而其直接和间接能力不是定值，也需动态调整。权重值w表示直接或间接能力在整个能力指数中所占的比重。其取值由节点当前的负载值(d’x
)及最大处理值决定(d
x
)，w
x
初始值设为0.5。
[0040][0041]
式中，x代表节点。
[0042]
其中，该公式是用作计算权重值的基础值的，若基础值为0.5，作为一种方式，可直接能力对应的权重值赋值范围为[0.5,1.0)，间接能力对应的权重值赋值范围为(0,0.5]。
[0043]
作为一种优选方式，可根据综合能力值c来进行判断节点能力，c越小，代表节点的cpu处理速率、传输能力越强。若节点的计算能力较强，则直接能力对应的权重值赋值范围为[0.5,1.0)，间接能力对应的权重值赋值范围为(0,0.5]。例如，按照amdryzen31200处理器r3cpu八核，windows系统，采用matlabr2020a版本实现仿真，设置节点的处理速率范围为[1.2ghz，2.0ghz]，传输速率设为100mb/s。采集的图像信息大小定义为6m(高清图片对应的大小)，对应任务量指令集大小为10万条，按较强概念，在范围中取中间值偏上的数，根据下
式计算后，则可定义c“较强”概念的阀值为542。
[0044][0045]
假设w
dx
、w
sx
分别为节点直接能力与间接能力对应的权重值，且满足条件w
dx
+w
sx
＝1。当任务发起时，可计算出每一个相邻节点或自组网内节点的综合能力值：
[0046]cx
＝d
x
×wdx
+s
x
×wsx
[0047]cx
能力值越小，则代表节点的性能越强。
[0048]
由节点综合能力指数c
x
的计算方法可知，越小说明其执行所需的时间越短。在起始节点的所有下一跳邻居节点中，根据的取值便可挑选出最佳节点。详细流程逻辑如下图所示：
[0049]
当起始节点获取计算任务后，将会进行任务预处理
[0050][0051][0052]
此时，任务处理有三种方法：
[0053]
一)不执行任务卸载，直接由起始节点自身来完成计算任务，得出时间t1[0054][0055]
式中，a代表起始节点。
[0056]
其中，起始节点是指用户侧的节点；此种情况考虑的是起始节点本身的计算能力，将其本身的计算能力相较于处理任务后得出结果的时间进行综合考虑，当直接在起始节点进行处理而不进行任务卸载时的时间更短时，可以直接在起始节点进行任务处理。
[0057]
二)执行一次任务卸载，选择起始节点a3的邻居节点x1来完成计算任务，得出时间t2；
[0058][0059]
数据收发器具备数据存储的能力，故每一个邻居节点或二跳节点的能力数据都记录在数据收发器内。例如以a3自组网内的节点为例，a3的一跳和二跳节点的邻居节点的能力会被a3所知(通过节点综合能力进行判断)。当然，本领域的技术人员可以根据需要存储预定跳数的节点的计算能力数据。
[0060]
三)在第一次任务卸载的基础上，再执行第二次任务卸载，选择起始节点的邻居节点的邻居节点来完成计算任务。任务处理时间最短即为被选方式，得出时间t3。
[0061][0062]
最终通过任务卸载技术的预处理判断可提前得知通过哪种方法可使得综合处理时间最短，效率最高。通过对比综合能力值来决策下一跳节点，选择综合能力值较小的节点；若综合能力相同的情况下，则选择直接能力值较小的节点(直接能力值越小，cpu处理速率越强)。
[0063]
例如，以a3为起始节点，一跳卸截为选择起始节点的邻居计算节点b1-b6，二跳卸截为选择起始节点的邻居计算节点b1-b6的邻居计算节点：b12、b11、b7，b8，b10，b9，a4，a2，a5。
[0064]
根据时间长短进行决策应该选择以上三种方式中的哪一种进行任务卸载；
[0065]
根据节点的综合能力值c来确定应该选取最佳计算节点；
[0066]
将处理结果回传至用户，提升用户观赛体验。
[0067]
通过以上描述可知，本发明的实施例具备以下优点：
[0068]
1、通过节点对任务的预处理分析，进行任务卸载决策，可供选择的本地计算、一次任务卸载计算、二次任务卸载计算，能将各节点的计算资源最大化利用。
[0069]
2、二次任务卸载计算，在原有的任务卸载计算上做出突破，考虑节点间接能力的新思路，通过负载权重值的方法，综合考量一个节点的性能。
[0070]
本实施例中，尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。
[0071]
注意到，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性将在所属领域的技术人员的知识范围内。
[0072]
提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

技术特征：
1.一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法，应用于无线网中，所述无线网络包括若干个数据收发器，以及分别与各数据收发器组网的自组织网络，所述自组织网络包括若干个计算节点；其特征在于，包括以下步骤：响应于用户的观看请求，由用户附近的数据收发器向赛事现场的数据收发器发送数据请求；由赛事现场附近数据收发器其所属自组织网络内节点处理赛事现场数据并将处理后的数据返回至用户。2.根据权利要求1所述的一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法，其特征在于，处于用户附近的数据收发器和赛事现场的数据收发器之间的中间数据收发器在接收到用户的请求后，评估自身所属自组织网络的计算能力，并将评估结果发送至下一数据收发器。3.根据权利要求1所述的一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法，其特征在于，由赛事现场附近数据收发器其所属自组织网络内节点处理赛事现场数据包括：开销评估步骤，评估起始节点以及与起始节点相距预定跳数的邻居节点的任务开销；路径确定步骤，基于所述任务开销评估结果，选择开销最低的节点进行数据处理，并将处理后的结果发送至用户侧。4.根据权利要求1所述的一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法，其特征在于，所述开销评估步骤中，计算直接在起始节点处理赛事现场数据的开销以及在与起始节点相距离预跳数的节点中处理赛事现场数据的开销，根据计算结果，选择开销最低的节点进行赛事现场数据的处理。5.根据权利要求3或4所述的一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法，其特征在于，所述预定跳数为3跳。6.根据权利要求3所述的一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法，其特征在于，所述开销包括计算开销以及传输开销。

技术总结
本发明涉及一种任务调度方法，属于网络通信技术领域，具体是涉及一种基于移动边缘计算的赛事直播双重任务调度方法。应用于无线网中，所述无线网络包括若干个数据收发器，以及分别与各数据收发器组网的自组织网络，所述自组织网络包括若干个计算节点；包括以下步骤：响应于用户的观看请求，由用户附近的数据收发器向赛事现场的数据收发器发送数据请求；由赛事现场附近数据收发器其所属自组织网络内节点处理赛事现场数据并将处理后的数据返回至用户。用户。用户。


技术研发人员：陈晓静 苏哲 丁晏飞
受保护的技术使用者：湖北邮电规划设计有限公司
技术研发日：2021.10.29
技术公布日：2022/1/28