无人机辅助的MEC任务卸载双目标优化方法

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作者 卢晓琴 赵辉 +3 位作者 李建华 王静 万波 王泉 《西安电子科技大学学报》 北大核心 2025年第3期99-110,共12页

在无人机(UAV)辅助移动边缘计算(MEC)框架中,现有研究在UAV轨迹设计阶段主要关注了UAV的能耗约束,却往往忽视了任务负载的影响;而在任务卸载阶段,并没有综合考虑终端设备和UAV的总能耗,不能最小化UAV与终端设备总能耗。针对UAV辅助MEC... 在无人机(UAV)辅助移动边缘计算(MEC)框架中,现有研究在UAV轨迹设计阶段主要关注了UAV的能耗约束,却往往忽视了任务负载的影响;而在任务卸载阶段,并没有综合考虑终端设备和UAV的总能耗,不能最小化UAV与终端设备总能耗。针对UAV辅助MEC架构下任务卸载存在的问题,提出了一种UAV辅助的MEC任务卸载双目标优化方法。首先,综合考虑不同位置的任务负载和UAV能耗约束,引入位置兴趣指数概念LIX,建立了结合任务负载的自适应UAV轨迹设计模型,在此基础之上,以最小化任务完成时间和UAV与终端设备总能耗为目标,建立了双目标优化的任务卸载模型;其次,分析无人机位置对任务完成时间与能耗的影响,结合UAV轨迹设计、任务卸载和轨迹自适应更新,提出了一种基于LIX的自适应任务卸载策略ATOSL,实现双目标优化的任务卸载;最后,设计仿真模拟实验,证明ATOSL策略在最小化任务完成时间和UAV与终端设备总能耗两个优化目标方面的有效性。 展开更多

关键词 移动边缘计算 无人机 任务卸载 双目标优化

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车联网环境下车辆辅助的自适应任务卸载策略

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作者 张超 赵辉 +4 位作者 董宇航 唐汉秦 王静 万波 王泉 《西安电子科技大学学报》 北大核心 2025年第3期176-187,共12页

随着车联网的快速发展,计算能力有限的边缘服务器在面临大量数据处理时将延迟任务完成时间,影响用户体验。然而,在道路上行驶的部分车辆在满足自身需求的前提下可能存在空闲资源,造成资源浪费。此外,在动态的车联网环境下由于通信连接... 随着车联网的快速发展,计算能力有限的边缘服务器在面临大量数据处理时将延迟任务完成时间,影响用户体验。然而,在道路上行驶的部分车辆在满足自身需求的前提下可能存在空闲资源,造成资源浪费。此外,在动态的车联网环境下由于通信连接的不稳定性而导致任务重新传输也是需要解决的关键问题。针对以上问题,提出一种车联网环境下车辆辅助的自适应任务卸载策略,降低任务完成时间。根据车辆与边缘服务器的相对位置、通信覆盖范围,考虑车辆的行驶状态信息,将车联网环境下任务卸载分为以下两种情况。当车辆不在或即将驶出边缘服务器覆盖范围时,任务无法直接卸载至边缘服务器,提出一种最佳服务车辆选择算法,将任务卸载至最佳服务车辆;当车辆在边缘服务器覆盖范围内时,提出一种基于混合差分教学优化算法的任务调度算法,将任务卸载至最优边缘服务器。最后,设计仿真实验并与车联网环境下现有的任务卸载方法进行对比,验证了所提策略的有效性。 展开更多

关键词 车联网 任务卸载 服务车辆 混合差分教学优化

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基于忆阻器存算一体架构的BCH多位纠错方法

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作者 蔡固顺 刘锦辉 +2 位作者 谭雯丹 黄钊 王泉 《西安电子科技大学学报》 北大核心 2025年第2期167-178,共12页

忆阻器存算一体(Compute-In-Memory,CIM)架构作为一种融合存储和计算功能新技术,可以有效解决传统冯诺伊曼架构数据纠错因存储和计算分离而导致的数据传输速率受限、搬移频繁、传输功耗和延迟增加等问题,提高星载电子系统可靠性与稳定... 忆阻器存算一体(Compute-In-Memory,CIM)架构作为一种融合存储和计算功能新技术,可以有效解决传统冯诺伊曼架构数据纠错因存储和计算分离而导致的数据传输速率受限、搬移频繁、传输功耗和延迟增加等问题,提高星载电子系统可靠性与稳定性。然而,现有CIM纠错技术仅能实现单比特数据纠错,无法处理连续多位错误检错与纠错。为此,提出一种基于忆阻器CIM架构的BCH多位纠错方法。首先,将传统编码和译码中的取模、乘加、前搜索等运算转换为矩阵形式,以简化计算过程,减少资源开销;其次,分别构建了有限域乘累加及乘法单元,根据BCH算法各阶段的运算需求及计算数据特点,采用并行处理方式自适应选择相应计算单元,以进一步提高运算效率。最后,在Cadence的Calculator和MNSIM仿真平台上对所提方法进行验证。实验结果表明,该方法在实现高效稳定多位纠错同时,数据吞吐率为8.8 MHz、运行功耗小于40 mW、65 nm工艺下面积开销为3×10^(5)μm^(2)。特别地,相比FPGA与IMPLY架构,计算效率分别提升了7和400倍。 展开更多

关键词 忆阻器阵列 存算一体架构 单粒子翻转 BCH码 多比特纠错

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云中混合工作流构造策略与调度算法

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作者 赵冉 赵辉 +3 位作者 王嘉良 王静 万波 王泉 《西安电子科技大学学报》 北大核心 2025年第3期257-270,共14页

工作流执行过程中,由于子任务之间的数据依赖产生大量的任务等待时隙,造成云平台计算资源空闲和资源利用率低。现有的工作流调度方法虽然可以通过数据依赖分析提高工作流执行效率,但它们都没有考虑异构混合工作流的调度。针对这一问题,... 工作流执行过程中,由于子任务之间的数据依赖产生大量的任务等待时隙,造成云平台计算资源空闲和资源利用率低。现有的工作流调度方法虽然可以通过数据依赖分析提高工作流执行效率,但它们都没有考虑异构混合工作流的调度。针对这一问题,笔者以最小化任务完工时间、提高任务按时交付率、提升批处理任务吞吐量以及资源利用率为目标,提出了云中混合工作流构造策略与调度算法。首先,建立了混合工作流三层调度架构,分别完成混合工作流的分类、构造与调度。其次,为了充分利用任务等待时隙,提出了基于背包的混合工作流构造策略,将批处理任务调度至工作流子任务等待时隙执行,实现混合工作流构造。再次,提出了基于信息熵的工作流调度算法和基于粒子群算法的资源动态伸缩策略,解决工作流调度的多目标优化问题,并实时监测调整计算资源,保障混合工作流的顺利完成。最后,仿真实验结果表明所提出的构造策略与调度算法能够有效缩短任务完工时间,保证任务按时交付率,提升批处理任务吞吐量,提高资源利用率。 展开更多

关键词 混合工作流 任务等待时隙 调度算法 多目标优化

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面向WaaS平台的多工作流容错调度策略

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作者 支文韬 赵辉 +3 位作者 孟繁鑫 王静 万波 王泉 《西安电子科技大学学报》 北大核心 2025年第1期181-195,共15页

随着科学计算复杂性提高,工作流成为实现科学计算自动化的重要模型。WaaS平台从IaaS供应商处租用虚拟机,为用户提供科学工作流计算服务。目前针对WaaS平台的工作流调度研究并未考虑虚拟机宕机导致任务运行失败以及虚拟机供应延迟的情况... 随着科学计算复杂性提高,工作流成为实现科学计算自动化的重要模型。WaaS平台从IaaS供应商处租用虚拟机,为用户提供科学工作流计算服务。目前针对WaaS平台的工作流调度研究并未考虑虚拟机宕机导致任务运行失败以及虚拟机供应延迟的情况。针对此问题,提出一种面向WaaS平台的多工作流容错调度策略。首先,针对WaaS平台不直接调度硬件资源而是在虚拟机和容器层面调度工作流的特点,考虑虚拟机宕机以及供应延迟对调度的影响,建立适合WaaS平台的工作流调度模型。其次,提出一种WaaS平台下多工作流容错调度策略,包括预处理、容错方法选择、任务分配和资源调整四个阶段。其中,设计一种截止时间划分算法来确定调度顺序,通过将任务复制和重新提交相结合的方式选择容错算法,考虑任务属性和虚拟机供应延迟来进行虚拟机选择与任务分配,设计资源调整算法为即将开始的任务提前部署资源,以避免虚拟机或容器的供应延迟。最后,通过在不同虚拟机宕机概率、工作负载和截止时间约束下的实验对比,证明了提出的WaaS平台容错调度策略的有效性。 展开更多

关键词 多工作流 容错调度算法 工作流即服务平台 资源供应延迟

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边缘协作环境下最小化完工时间任务调度方法 被引量：1

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作者 张超 赵辉 +3 位作者 张智峰 王静 万波 王泉 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期114-127,共14页

由于用户地理位置分布不均可能导致边缘服务器负载不均衡,难以为用户提供满意的服务质量。此外,边缘服务器可用资源有限,一些大任务可能难以全部卸载到边缘服务器。针对以上问题,利用多个边缘服务器之间的协作,结合任务部分卸载方式,提... 由于用户地理位置分布不均可能导致边缘服务器负载不均衡,难以为用户提供满意的服务质量。此外,边缘服务器可用资源有限,一些大任务可能难以全部卸载到边缘服务器。针对以上问题,利用多个边缘服务器之间的协作,结合任务部分卸载方式,提出一种边缘协作环境下最小化完工时间的任务调度方法。首先,结合边缘水平协作和任务部分卸载技术,考虑多用户多边缘服务器场景下用户和边缘服务器的位置关系,以最小化任务完工时间为目标,建立任务部分卸载调度模型;其次,提出基于改进分组教学优化算法的任务调度算法,联合优化边缘服务器计算资源分配、用户-边缘服务器关联决策、任务卸载比例以及执行位置决策,以最小化任务完工时间为目标,实现边缘计算环境下任务的高效调度;最后,通过实验将提出的任务调度算法与其他算法在多个指标下进行对比。实验结果表明,所提方法能够有效降低任务完工时间。 展开更多

关键词 边缘协作 部分卸载 调度算法 分组教学优化算法

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基于特征相似性和杰卡德中值理论的学习路径推荐方法 被引量：1

7

作者 杨鹏飞 王姝祺 +3 位作者 黄嘉阳 张文娟 王泉 钟昊迪 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2024年第10期153-161,共9页

新高考改革使得越来越多的高校从专业招生向大类招生迈进。相关研究指出,学生在专业分流选择时存在盲目性。如何解决由专业选择不平衡问题所导致的“冷门专业过冷,热门专业过热”的局面,成为大类培养模式面临的核心难题。文中提出了一... 新高考改革使得越来越多的高校从专业招生向大类招生迈进。相关研究指出,学生在专业分流选择时存在盲目性。如何解决由专业选择不平衡问题所导致的“冷门专业过冷,热门专业过热”的局面,成为大类培养模式面临的核心难题。文中提出了一种结合特征相似性和杰卡德中值理论的学习路径推荐方法CFSJM,旨在为学生在选择专业时提供方向导航和学习路径推荐。该方法利用图嵌入模型Node2vec学习学生与知识点之间的交互,以获取学生节点的特征表示。通过训练线性回归模型预测学生的专业方向,并根据特征相似性生成学习路径候选集,进而引入杰卡德中值理论生成学习路径。实验结果表明,CFSJM方法在大类招生模式下的线下教学数据中的准确率优于现有方法,为充分发挥大类招生在培养创新型人才和提升高校办学质量方面的优势提供了新的思路。 展开更多

关键词 大类招生 高校专业分流 学习路径 杰卡德 Node2vec

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基于PINN的非线性电路直流工作点求解方法

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作者 蔡固顺 刘锦辉 +2 位作者 张馨丹 黄钊 王泉 《西安电子科技大学学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期91-103,共13页

物理信息神经网络是一种新型深度学习模型,但是却无法很好解决高阶非线性方程在电路直流分析中难以求解的问题。为此,提出了一种基于物理信息神经网络的新型学习仿真模型,用于实现对非线性电路直流工作点的高效仿真分析与精确求解。特别... 物理信息神经网络是一种新型深度学习模型,但是却无法很好解决高阶非线性方程在电路直流分析中难以求解的问题。为此,提出了一种基于物理信息神经网络的新型学习仿真模型,用于实现对非线性电路直流工作点的高效仿真分析与精确求解。特别地,文中同时将非线性器件的优安特性方程与修正节点分析方程作为损失函数的正则化项,通过将节点导纳矩阵与独立电源值作为先验知识直接代入物理信息神经网络中进行训练,得到直流工作点学习仿真模型,以有效预测节点电压值,实现对不同器件模型的非线性求解。在3种典型的非线性器件上验证了所提出的物理信息神经网络学习模型。仿真结果表明,所提出的物理信息神经网络学习模型与理论值相比,最大相对误差不超过4.30%,有效解决了传统数值算法在求解非线性电路直流工作点时难以收敛的问题。相比于Gmin法和源步进法,所提物理信息神经网络模型的平均预测精度分别提高了0.11%和0.23%。在需要更少样本的情况下,具有更好的学习效率与稳定性。 展开更多

关键词 物理信息神经网络 非线性器件 电路直流分析 预测模型

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流行度感知的无线视频云边缓存策略研究

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作者 唐汉秦 赵辉 +3 位作者 宁竞莜 王静 万波 王泉 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期97-109,共13页

移动边缘缓存技术将视频缓存在离用户更近的边缘服务器,从而为用户提供更加便捷的服务。目前的视频缓存方法主要基于整体的视频流行度,忽视了视频流行度在时空上的差异,未能充分利用边缘服务器的广地域分布特性,影响云边环境下视频缓存... 移动边缘缓存技术将视频缓存在离用户更近的边缘服务器,从而为用户提供更加便捷的服务。目前的视频缓存方法主要基于整体的视频流行度,忽视了视频流行度在时空上的差异,未能充分利用边缘服务器的广地域分布特性,影响云边环境下视频缓存的效果。针对此问题,笔者提出了基于流行度感知的无线视频云边缓存策略。首先,基于分布式协作的云边架构,考虑视频流行度在时空上的差异性,并结合视频分片及视频片段流行度,以最小化所有用户请求视频的平均时延和最大化用户请求视频的缓存总命中率为目标,建立云边视频缓存模型。其次,针对边缘服务器有限的计算资源和缓存资源,提出一种基于全局价值评估的缓存策略,将某一视频片段满足用户请求的能力表示为缓存价值,同时引入缓存价值惩罚机制,动态完成缓存内容的价值评估,实现视频片段高效缓存。最后,通过仿真实验证明所提出的策略能够显著地降低平均传输时延和回程流量负载,提高缓存资源的命中率。 展开更多

关键词 移动边缘计算 视频点播 视频缓存 云边协作 视频流行度

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边缘计算平台中面向分簇的半在线调度方法

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作者 韩家曦 赵辉 +3 位作者 冯南之 王静 万波 王泉 《西安电子科技大学学报》 CSCD 北大核心 2024年第6期104-116,共13页

目前面向边缘计算的任务调度方法未考虑因网络延迟造成边缘节点性能不确定的问题,无法适应存在节点性能不确定的延迟敏感型边缘计算平台。针对此问题,提出了一种延迟敏感型边缘计算平台中面向分簇的半在线调度方法。首先,针对边缘计算... 目前面向边缘计算的任务调度方法未考虑因网络延迟造成边缘节点性能不确定的问题,无法适应存在节点性能不确定的延迟敏感型边缘计算平台。针对此问题,提出了一种延迟敏感型边缘计算平台中面向分簇的半在线调度方法。首先,针对边缘计算平台中存在性能不确定的节点,设计了性能模糊度指标表示边缘节点的性能确定程度,为半在线调度算法提供额外信息;其次,以QoS保障和最小化任务完成时间为目标,提出了双段QoS保障模型和任务完成时间优化模型,建立任务调度双目标优化模型;再次,针对任务调度NP难问题,提出了一种基于映射的半在线任务调度算法MSSA,按照性能模糊度结合用户位置划分服务区域,建立面向分簇的边缘计算平台模型,并根据负载变化动态调整簇容量,实现高效的半在线任务调度。最后,基于真实边缘计算平台日志数据,通过仿真实验与其它方法进行对比,结果表明提出的算法能够减少26%的任务完成时间,并在QoS保障方面提升19%。 展开更多

关键词 边缘计算 调度算法 服务质量 任务完成时间

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面向边缘计算平台的半线上任务动态调度方法 被引量：6

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作者 赵辉 冯南之 +2 位作者 王泉 万波 王静 《西安电子科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期8-15,共8页

当边缘计算平台中存在已知和未知性能的计算节点时,这一场景下的任务调度称为半线上任务调度。由于未知性能节点的影响,一般任务调度方法可能导致任务执行时间或传输时间过长,使得边缘计算平台高能耗的问题更加突出。针对此问题,以能耗... 当边缘计算平台中存在已知和未知性能的计算节点时,这一场景下的任务调度称为半线上任务调度。由于未知性能节点的影响,一般任务调度方法可能导致任务执行时间或传输时间过长,使得边缘计算平台高能耗的问题更加突出。针对此问题,以能耗优化为目标,提出了一种面向边缘计算平台的半线上任务动态调度方法。首先,考虑边缘计算平台中能耗的主要影响因素,从边缘节点的处理速度、路由延迟和队列长度三个角度,引入边缘节点的任务执行能耗、任务传输能耗和空闲能耗,建立了面向能耗优化的边缘计算平台任务调度模型;其次,对于边缘计算平台中的未知性能节点,先将其性能假设为某个已知节点,形成未知-已知节点之间的映射关系,再不断感知映射双方的任务队列长度来动态调整映射关系,充分利用已有先验知识,提出了一种基于动态映射的半线上任务调度算法,实现能耗优化;最后,在CloudSim平台完成对比试验。实验结果表明,所提方法相较其他方法能有效地降低边缘计算平台的能耗。 展开更多

关键词 边缘计算 任务调度 未知计算节点 动态映射

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利润驱动的边缘计算在线任务调度算法

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作者 张武轩 赵辉 +3 位作者 张国斌 王静 万波 王泉 《西安电子科技大学学报》 2025年第4期77-92,共16页

移动边缘计算(MEC)在显著提升用户计算和存储能力的同时,也带来了高昂的建设和运营成本。在保障服务质量的前提下如何实现利润最大化,已成为服务提供商关注的关键问题之一。现有的研究通常只关注任务是否在截止时间内完成,忽视了用户对... 移动边缘计算(MEC)在显著提升用户计算和存储能力的同时,也带来了高昂的建设和运营成本。在保障服务质量的前提下如何实现利润最大化,已成为服务提供商关注的关键问题之一。现有的研究通常只关注任务是否在截止时间内完成,忽视了用户对不同的任务完成时间有着不同的付费意愿,导致服务提供商难以预估服务收益,影响服务提供商的利润。为此,提出了一种边缘计算环境下利润最大化在线任务调度算法(PMOTS)。该算法引入任务期望完成时间,构建了一种动态任务收益模型,更细粒度地设定任务完成时间与服务收益的关系,为最大化利润提供基础。基于提出的任务收益模型,PMOTS划分为两个主要步骤:首先,设计了串行分片计算资源分配算法(SSCRA),该算法在每个任务到达时,通过递归方式优化任务队列的分片执行顺序,最大化资源分配带来的利润增量;其次,采用空闲计算资源动态分配算法(DAICR),优先将空闲计算资源分配给预期总利润增量最大的任务,有效减少资源闲置,并进一步提升整体利润。实验结果表明,所提算法在边缘计算环境下能够有效提升服务提供商的利润。 展开更多

关键词 边缘计算 成本效益 调度算法

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