KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.6
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pp.2422-2443
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2020
This paper studies a single-user Mobile Edge Computing (MEC) system where mobile device (MD) includes an application consisting of multiple computation components or tasks with dependencies. MD can offload part of each computation-intensive latency-sensitive task to the AP integrated with MEC server. In order to accomplish the application faultlessly, we calculate out the optimal task offloading strategy in a time-division manner for a predetermined execution order under the constraints of limited computation and communication resources. The problem is formulated as an optimization problem that can minimize the energy consumption of mobile device while satisfying the constraints of computation tasks and mobile device resources. The optimization problem is equivalently transformed into solving a nonlinear equation with a linear inequality constraint by leveraging the Lagrange Multiplier method. And the proposed dual Bi-Section Search algorithm Bi-JOTD can efficiently solve the nonlinear equation. In the outer Bi-Section Search, the proposed algorithm searches for the optimal Lagrangian multiplier variable between the lower and upper boundaries. The inner Bi-Section Search achieves the Lagrangian multiplier vector corresponding to a given variable receiving from the outer layer. Numerical results demonstrate that the proposed algorithm has significant performance improvement than other baselines. The novel scheme not only reduces the difficulty of problem solving, but also obtains less energy consumption and better performance.
In recent years, the industry and research communities have focused on developing autonomous crack inspection approaches, which mainly include image acquisition and crack detection. In these approaches, mobile devices such as cameras, drones or smartphones are utilized as sensing platforms to acquire structural images, and the deep learning (DL)-based methods are being developed as important crack detection approaches. However, the process of image acquisition and collection is time-consuming, which delays the inspection. Also, the present mobile devices such as smartphones can be not only a sensing platform but also a computing platform that can be embedded with deep neural networks (DNNs) to conduct on-site crack detection. Due to the limited computing resources of mobile devices, the size of the DNNs should be reduced to improve the computational efficiency. In this study, an architecture called pruned crack recognition network (PCR-Net) was developed for the detection of structural cracks. A dataset containing 11000 images was established based on the raw images from bridge inspections. A pruning method was introduced to reduce the size of the base architecture for the optimization of the model size. Comparative studies were conducted with image processing techniques (IPTs) and other DNNs for the evaluation of the performance of the proposed PCR-Net. Furthermore, a modularly designed framework that integrated the PCR-Net was developed to realize a DL-based crack detection application for smartphones. Finally, on-site crack detection experiments were carried out to validate the performance of the developed system of smartphone-based detection of structural cracks.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.14
no.7
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pp.3134-3155
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2020
In this paper, we study the joint radio and computational resource allocation in the ultra-dense mobile-edge computing networks. In which, the scenario which including both computation offloading and communication service is discussed. That is, some mobile users ask for computation offloading, while the others ask for communication with the minimum communication rate requirements. We formulate the problem as a joint channel assignment, power control and computational resource allocation to minimize the offloading cost of computing offloading, with the precondition that the transmission rate of communication nodes are satisfied. Since the formulated problem is a mixed-integer nonlinear programming (MINLP), which is NP-hard. By leveraging the particular mathematical structure of the problem, i.e., the computational resource allocation variable is independent with other variables in the objective function and constraints, and then the original problem is decomposed into a computational resource allocation subproblem and a joint channel assignment and power allocation subproblem. Since the former is a convex programming, the KKT (Karush-Kuhn-Tucker) conditions can be used to find the closed optimal solution. For the latter, which is still NP-hard, is further decomposed into two subproblems, i.e., the power allocation and the channel assignment, to optimize alternatively. Finally, two heuristic algorithms are proposed, i.e., the Co-channel Equal Power allocation algorithm (CEP) and the Enhanced CEP (ECEP) algorithm to obtain the suboptimal solutions. Numerical results are presented at last to verify the performance of the proposed algorithms.
With the rapid growth of network traffic, a large number of connected devices, and higher application services, the traditional network is facing several challenges. In addition to improving the current network architecture and hardware specifications, effective resource management means the development trend of 5G. Although many existing potential technologies have been proposed to solve the some of 5G challenges, such as multiple-input multiple-output (MIMO), software-defined networking (SDN), network functions virtualization (NFV), edge computing, millimeter-wave, etc., research studies in 5G continue to enrich its function and move toward B5G mobile networks. In this paper, focusing on the resource allocation issues of 5G core networks and radio access networks, we address the latest technological developments and discuss the current challenges for resource management in 5G.
As 5G mobile communication services are provided, efforts are being made to provide various services to users with ultra-low latency. This raises interest in edge computing, which can provide high performance computing services near users instead of cloud computing at the network core. This paper presents an efficient operation and management scheme of a micro data center, which is an essential equipment for realizing edge computing. First, we present the functional structure and deployment plan of edge computing. Next, we present the requirements for the micro data centers for edge computing and the operation and management scheme accordingly. Finally, in order to efficiently manage resources in the micro data centers, we present resource management items to be collected and monitored, and propose a performance indicator to measure the energy efficiency.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.16
no.1
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pp.188-210
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2022
As a promising technique to support tremendous numbers of Internet of Things devices and a variety of applications efficiently, mobile edge computing (MEC) has attracted extensive studies recently. In this paper, we consider a MEC-assisted peer-to-peer (P2P) mobile communication system where MEC servers are deployed at access points to accelerate the communication process between mobile terminals. To capture the tradeoff between the time delay and the energy consumption of the system, a cost function is introduced to facilitate the optimization of the computation and communication resources. The formulated optimization problem is non-convex and is tackled by an iterative block coordinate descent algorithm that decouples the original optimization problem into two subproblems and alternately optimizes the computation and communication resources. Moreover, the MEC-assisted P2P communication system is compared with the conventional P2P communication system, then a condition is provided in closed-form expression when the MEC-assisted P2P communication system performs better. Simulation results show that the advantage of this system is enhanced when the computing capability of the receiver increases whereas it is reduced when the computing capability of the transmitter increases. In addition, the performance of this system is significantly improved when the signal-to-noise ratio of hop-1 exceeds that of hop-2.
Machine learning (ML) algorithms have been intended to seamlessly collaborate for enabling intelligent networking in terms of massive service differentiation, prediction, and provides high-accuracy recommendation systems. Mobile edge computing (MEC) servers are located close to the edge networks to overcome the responsibility for massive requests from user devices and perform local service offloading. Moreover, there are required lightweight methods for handling real-time Internet of Things (IoT) communication perspectives, especially for ultra-reliable low-latency communication (URLLC) and optimal resource utilization. To overcome the abovementioned issues, this paper proposed an intelligent scheme for traffic steering based on the integration of MEC and lightweight ML, namely support vector machine (SVM) for effectively routing for lightweight and resource constraint networks. The scheme provides dynamic resource handling for the real-time IoT user systems based on the awareness of obvious network statues. The system evaluations were conducted by utillizing computer software simulations, and the proposed approach is remarkably outperformed the conventional schemes in terms of significant QoS metrics, including communication latency, reliability, and communication throughput.
With the increasing number of mobile device users worldwide, utilizing mobile edge computing (MEC) devices close to users for content caching can reduce transmission latency than receiving content from a server or cloud. However, because MEC has limited storage capacity, it is necessary to determine the content types and sizes to be cached. In this study, we investigate a caching strategy that increases the hit ratio from small base stations (SBSs) for mobile users in a heterogeneous network consisting of one macro base station (MBS) and multiple SBSs. If there are several SBSs that users can access, the hit ratio can be improved by reducing duplicate content and increasing the diversity of content in SBSs. We propose a Deep Q-Network (DQN)-based caching strategy that considers time-varying content popularity and content redundancy in multiple SBSs. Content is stored in the SBS in a divided form using maximum distance separable (MDS) codes to enhance the diversity of the content. Experiments in various environments show that the proposed caching strategy outperforms the other methods in terms of hit ratio.
Mobile Edge Computing(MEC)은 무선 기지국에 분산 클라우드 컴퓨팅 기술을 적용하여 다양한 서비스와 캐싱 콘텐츠를 이용자 단말에 가까이 전개함으로써 모바일 코어망의 혼잡을 완화하고, 새로운 로컬 서비스를 창출하는 기술이다. 현재는 European Telecommunications Standards Institute(ETSI)주도로 규격 작업이 진행되고 있으며, 동시에 산업계에서는 LTE 모바일 네트워크에 적용하는 시도들이 이루어지고 있다. 그러나 MEC기술은 Software Defined Network(SDN)/Network Functions Virtualization(NFV) 기술들과 함께 향후 2020년대에 도입될 5G 네트워크의 주요 구성 기술로서 부상하고 있다. 본고에서는 MEC의 개념과 다양한 서비스 시나리오, MEC 플랫폼 구조 및 기술동향 등을 살펴보고, 5G에서의 역할과 앞으로 도전하여야 할 기술적인 과제들에 대하여 분석한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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