With the development of mobile edge computing, how to utilize the computing power of edge computing to effectively and efficiently offload data and to compute offloading is of great research value. This paper studies the computation offloading problem of multi-user and multi-server in mobile edge computing. Firstly, in order to minimize system energy consumption, the problem is modeled by considering the joint optimization of the offloading strategy and the wireless and computing resource allocation in a multi-user and multi-server scenario. Additionally, this paper explores the computation offloading scheme to optimize the overall cost. As the centralized optimization method is an NP problem, the game method is used to achieve effective computation offloading in a distributed manner. The decision problem of distributed computation offloading between the mobile equipment is modeled as a multi-user computation offloading game. There is a Nash equilibrium in this game, and it can be achieved by a limited number of iterations. Then, we propose a distributed computation offloading algorithm, which first calculates offloading weights, and then distributedly iterates by the time slot to update the computation offloading decision. Finally, the algorithm is verified by simulation experiments. Simulation results show that our proposed algorithm can achieve the balance by a limited number of iterations. At the same time, the algorithm outperforms several other advanced computation offloading algorithms in terms of the number of users and overall overheads for beneficial decision-making.
Recently, multi-access edge computing (MEC) has emerged as a promising technology to alleviate the computing burden of vehicular terminals and efficiently facilitate vehicular applications. The vehicle can improve the quality of experience of applications by offloading their tasks to MEC servers. However, channel conditions are time-varying due to channel interference among vehicles, and path loss is time-varying due to the mobility of vehicles. The task arrival of vehicles is also stochastic. Therefore, it is difficult to determine an optimal offloading with resource allocation decision in the dynamic MEC system because offloading is affected by wireless data transmission. In this paper, we study computation offloading with resource allocation in the dynamic MEC system. The objective is to minimize power consumption and maximize throughput while meeting the delay constraints of tasks. Therefore, it allocates resources for local execution and transmission power for offloading. We define the problem as a Markov decision process, and propose an offloading method using deep reinforcement learning named deep deterministic policy gradient. Simulation shows that, compared with existing methods, the proposed method outperforms in terms of throughput and satisfaction of delay constraints.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제18권1호
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pp.211-232
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2024
In this paper, we consider the resource allocation and offloading decisions of device-to-device (D2D) cooperative UAV-assisted mobile edge computing (MEC) system, where the device with task request is served by unmanned aerial vehicle (UAV) equipped with MEC server and D2D device with idle resources. On the one hand, to ensure the fairness of time-delay sensitive devices, when UAV computing resources are relatively sufficient, an optimization model is established to minimize the maximum delay of device computing tasks. The original non-convex objective problem is decomposed into two subproblems, and the suboptimal solution of the optimization problem is obtained by alternate iteration of two subproblems. On the other hand, when the device only needs to complete the task within a tolerable delay, we consider the offloading priorities of task to minimize UAV computing resources. Then we build the model of joint offloading decision and power allocation optimization. Through theoretical analysis based on KKT conditions, we elicit the relationship between the amount of computing task data and the optimal resource allocation. The simulation results show that the D2D cooperation scheme proposed in this paper is effective in reducing the completion delay of computing tasks and saving UAV computing resources.
International Journal of Internet, Broadcasting and Communication
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제16권3호
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pp.16-26
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2024
Mobile edge computing (MEC) plays a crucial role in improving the performance of resource-constrained mobile devices by offloading computation-intensive tasks to nearby edge servers. However, existing methods often neglect the critical consideration of future task requirements when making offloading decisions. In this paper, we propose an innovative approach that addresses this limitation. Our method leverages recurrent neural networks (RNNs) to predict task sizes for future time slots. Incorporating this predictive capability enables more informed offloading decisions that account for upcoming computational demands. We employ genetic algorithms (GAs) to fine-tune fitness functions for current and future time slots to optimize offloading decisions. Our objective is twofold: minimizing total processing time and reducing energy consumption. By considering future task requirements, our approach achieves more efficient resource utilization. We validate our method using a real-world dataset from Google-cluster. Experimental results demonstrate that our proposed approach outperforms baseline methods, highlighting its effectiveness in MEC systems.
Emerging mobile edge computing (MEC) can be used in battery-constrained Internet of things (IoT). The execution latency of IoT applications can be improved by offloading computation-intensive tasks to an MEC server. Recently, the popularity of unmanned aerial vehicles (UAVs) has increased rapidly, and UAV-based MEC systems are receiving considerable attention. In this paper, we propose a dynamic computation offloading paradigm for UAV-based MEC systems, in which a UAV flies over an urban environment and provides edge services to IoT devices on the ground. Since most IoT devices are energy-constrained, we formulate our problem as a Markov decision process considering the energy level of the battery of each IoT device. We also use model-free Q-learning for time-critical tasks to maximize the system utility. According to our performance study, the proposed scheme can achieve desirable convergence properties and make intelligent offloading decisions.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제17권3호
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pp.794-815
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2023
The rapid development of mobile communication not only has made the industry gradually diversified, but also has enhanced the service quality requirements of users. In this regard, it is imperative to consider jointly network slicing and mobile edge computing. The former mainly ensures the requirements of varied vertical services preferably, and the latter solves the conflict between the user's own energy and harsh latency. At present, the integration of the two faces many challenges and need to carry out at different levels. The main target of the paper is to minimize the energy consumption of the system, and introduce a multi-slice joint task offloading and resource allocation scheme for massive multiple input multiple output enabled heterogeneous networks. The problem is formulated by collaborative optimizing offloading ratios, user association, transmission power and resource slicing, while being limited by the dissimilar latency and rate of multi-slice. To solve it, assign the optimal problem to two sub-problems of offloading decision and resource allocation, then solve them separately by exploiting the alternative optimization technique and Karush-Kuhn-Tucker conditions. Finally, a novel slices task offloading and resource allocation algorithm is proposed to get the offloading and resource allocation strategies. Numerous simulation results manifest that the proposed scheme has certain feasibility and effectiveness, and its performance is better than the other baseline scheme.
The last decade has seen a rapid growth in the use of mobile devices all over the world. With an increasing use of mobile devices, mobile applications are becoming more diverse and complex, demanding more computational resources. However, mobile devices are typically resource-limited (i.e., a slower-speed CPU, a smaller memory) due to a variety of reasons. Mobile users will be capable of running applications with heavy computation if they can offload some of their computations to other places, such as a desktop or server machines. However, mobile users are typically subject to dynamically changing network environments, particularly, due to user mobility. This makes it hard to choose good offloading decisions in mobile environments. In general, users' mobility can provide some hints for upcoming changes to network environments. Motivated by this, we propose a mobility model of each individual user taking advantage of the regularity of his/her mobility pattern, and develop an offloading decision-making technique based on the mobility model. We evaluate our technique through trace-based simulation with real log data traces from 14 Android users. Our evaluation results show that the proposed technique can help boost the performance of mobile devices in terms of response time and energy consumption, when users are highly mobile.
본 논문에서는 이동환경에서 이동단말이 핸드오프 시간과 오프로딩 시간을 측정하여 오프로딩의 수행을 판단하는 오프로딩 지연기법을 제안한다. 제안한 기법은 이동단말에서 핸드오프와 오프로딩 지연시간을 비교하여 오프로딩을 결정할 수 있도록 하여 고정노드를 대상으로 구현된 클라우드 컴퓨팅환경의 구조의 변경 없이 이동환경 클라우드 컴퓨팅을 지원한다. 효율성 분석을 위해 기존 연구에서 사용하는 서버와 단말의 에너지 소비측정을 사용하여 기존 방법과 에너지 소비를 비교 분석하였다. 모의실험 결과 오프로딩 지연 기법은 기존 방법보다 에너지 소비를 감소시키면서 유사한 작업수행 시간을 보이는 것을 확인하였다.
모바일 기기 관련 기술의 급속한 발달에도 자원 제약적인 특성으로 인한 많은 문제들이 아직까지 해결되지 못하고 있다. 이러한 물리적인 한계성을 극복하기 위해 인터넷으로 연결된 클라우드 서버의 자원을 활용하는 컴퓨테이션 오프로딩이 고안되었고 에너지 절약 측면에서 다양한 연구들이 진행되었다. 그러나 실시간성을 만족시켜야 하는 응용에서는 에너지 보다 마감시간 내에 작업의 수행을 완료하는 것이 더 중요하다. 본 논문에서는 이러한 실시간 응용을 지원하기 위해서 클라우드의 스케줄링 지연 시간을 고려한 오프로딩 결정 기법을 제안했다. 제안 기법에서는 오프로딩의 예상 여유시간과 모바일 기기 내에서 수행했을 때의 여유 시간을 비교하여 마감시간을 더 효과적으로 만족할 수 있는 방법을 선정함으로써 실시간 작업에 대한 신뢰성을 향상 시킬 수 있다.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제15권2호
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pp.383-403
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2021
With the development of mobile edge computing (MEC), some late-model application technologies, such as self-driving, augmented reality (AR) and traffic perception, emerge as the times require. Nevertheless, the high-latency and low-reliability of the traditional cloud computing solutions are difficult to meet the requirement of growing smart cars (SCs) with computing-intensive applications. Hence, this paper studies an efficient offloading decision and resource allocation scheme in collaborative vehicular edge computing networks with multiple SCs and multiple MEC servers to reduce latency. To solve this problem with effect, we propose a context-aware offloading strategy based on differential evolution algorithm (DE) by considering vehicle mobility, roadside units (RSUs) coverage, vehicle priority. On this basis, an autoregressive integrated moving average (ARIMA) model is employed to predict idle computing resources according to the base station traffic in different periods. Simulation results demonstrate that the practical performance of the context-aware vehicular task offloading (CAVTO) optimization scheme could reduce the system delay significantly.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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