学位论文简介

在边缘计算中，终端设备通过将产生的计算密集型任务卸载到边缘服务器中处理，能够实现更小的任务时延和更低的能量消耗。然而，边缘服务器受到物理空间和网络带宽等方面的限制，其具备的资源是有限的。有限的边缘资源，通常难以应对时空变化下的高计算负载，且加大了统筹任务异构资源需求的难度，这易造成边缘计算资源过载和异构资源不匹配等典型问题，也使得对应场景中的任务卸载研究变得愈加具有挑战性。因此，本论文致力于在边缘计算资源过载和异构资源不匹配两个场景下研究任务卸载问题，旨在降低任务时延和能耗，提高用户体验质量。具体而言，本文的主要研究成果归纳如下：

(1) 针对边缘计算资源小尺度过载下的任务卸载问题，本文提出了基于边缘服务器协作的任务卸载策略。将任务卸载与交通数据相结合，论证了车辆卸载运算量的时空分布不均特征，并据此提出了边缘协作下的车辆任务卸载方案。该方案可以推广至其他不同卸载场景下的边缘计算范例中，为研究通用型任务卸载负载均衡提供了新的理论方法。

(2) 针对边缘计算资源大尺度过载下的任务卸载问题，本文提出了基于无人机协作的任务卸载策略。分析了长期能耗约束对无人机边缘卸载性能的影响，并据此构建了无人机在线协作卸载优化问题，对应设计了无人机协作卸载优化算法，有效解决了边缘计算资源大尺度过载下的任务卸载问题。

(3) 针对边缘缓存-计算资源不匹配下的任务卸载问题，本文提出了基于边缘缓存-计算资源动态调度的任务卸载策略。在云边端三层架构下研究了边缘缓存资源对任务卸载性能的影响，并据此设计了边缘动态服务缓存下的任务卸载方案。该方案充分挖掘了云边协作架构优势，能够普遍应用于云边协作缓存与卸载场景中。

(4) 针对边缘通信-计算资源不匹配下的任务卸载问题，本文提出了基于边缘通信-计算资源在线调度的任务卸载策略。联合探究了边缘通信与计算资源的耦合特性，并在边缘服务器长期能量约束下，提出了联合通信与计算资源调度的任务卸载算法。该算法能够有效解决边缘长期能耗约束下的通信-计算资源不匹配问题，为有效应对边缘计算网络中的长期多变量优化问题提供了新的思路。

主要学术成果

Xingxia Dai, Zhu Xiao, Hongbo Jiang, and John C.S. Lui. “UAV-Assisted Task Offloading in Vehicular Edge Computing Networks.” IEEE Transactions on Mobile Computing (TMC). (CCF A刊,在线发表)

Xingxia Dai, Zhu Xiao, Hongbo Jiang, Ming Lei, Geyong Min, Jiangchuan Liu, and Schahram Dustdar. “Offloading Dependent Tasks in Edge Computing with Unknown System-side Information.” IEEE Transactions on Service Computing (TSC), vol. 16, no. 6, pp. 4345-4359, 2023. (CCF A刊)

Xingxia Dai, Zhu Xiao, Hongbo Jiang, Mamoun Alazab, John C. S. Lui, Schahram Dustdar and Jiangchuan Liu. “Task Co-Offloading for D2D-assisted Mobile Edge Computing in Industrial Internet of Things.” IEEE Transactions on Industrial Informatics (TII), vol. 19, no. 1, pp. 480–490, 2023. (SCI 1区)

Xingxia Dai, Zhu Xiao, Hongbo Jiang, Mamoun Alazab, John C. S. Lui, Geyong Min, Schahram Dustdar and Jiangchuan Liu. “Task Offloading for Cloud-assisted Fog Computing with Dynamic Service Caching in Enterprise Management Systems.” IEEE Transactions on Industrial Informatics (TII), vol. 19, no. 1, pp. 662–672, 2023. (SCI 1区)

Xingxia Dai, Zhu Xiao, Hongbo Jiang, Hongyang Chen, Geyong Min, Schahram Dustdar and Jiannong Cao. “A Learning-based Approach for Vehicle-to-Vehicle Computation Offloading.” IEEE Internet of Things Journal (IoT-J), vol. 10, no. 8, pp. 7244–7258, 2023. (SCI 1区)

Hongbo Jiang, Xingxia Dai, Zhu Xiao, and Arun K. Iyengar. “Joint Task Offloading and Resource Allocation for Energy-Constrained Mobile Edge Computing.” IEEE Transactions on Mobile Computing (TMC), vol. 22, no. 7, pp. 4000–4015, 2023. (CCF A刊, 导师第一作者，本人第二作者)

Zhu Xiao, Xingxia Dai, Hongbo Jiang, Dong Wang, Hongyang Chen, Liang Yang and Fanzi Zeng. “Vehicular Task Offloading via Heat-Aware MEC Cooperation: A Game-Theoretic Method with Correlated Equilibrium.” IEEE Internet of Things Journal (IoT-J), vol. 7, no. 3, pp. 2038–2052, 2020. (SCI 1区, 导师第一作者，本人第二作者)

代星霞、肖竹、蒋洪波、曾凡仔、刘代波，基于任务卸载和服务缓存的系统开销降低方法及系统，(实审，本人第一作者)

蒋洪波、代星霞、肖竹、曾凡仔，一种复杂边缘环境智能网络协作式任务卸载方法、设备及介质，(实审，导师第一作者，本人第二作者)

蒋洪波、肖竹、 代星霞、王东，一种无人机协作式的车联网运算任务卸载方法，(授权，导师第一作者，本人第三作者)