مدیریت منابع با بارسپاری جزئی آگاه از روابط اجتماعی در رایانش لبه ای سیار توسعه یافته با ارتباطات دستگاه به دستگاه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده ریاضی، آمار و علوم کامپیوتر، گروه علوم کامپیوتر دانشگاه تبریز، ایران

2 استادیار گروه علوم کامپیوتر، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

3 استاد گروه علوم کامپیوتر، دانشگاه تبریز، تبریز، ایران

10.22034/csj.2024.192408

چکیده

در سال‌‌های اخیر، ترکیب رایانش لبه‌ای سیار با ارتباطات دستگاه به دستگاه، به عنوان رویکردی مناسب برای پاسخ به درخواست‌‌های برنامه‌های کاربردی که نیازمند مقدار زیاد پردازش در مدت کم هستند، توجه زیادی به خود جلب کرده است. این فناوری‌‌ها امکان بارسپاری وظایف محاسباتی دستگاه‌های کاربر را به منابع محاسباتی موجود در لبه شبکه فراهم می‌کند. اگر چه کارهای زیادی در این باره صورت گرفته اما همچنان پاسخ‌‌دهی به درخواست‌‌های برنامه‌های بیدرنگ نیاز به بهبود دارد. در این مقاله یک راهکار جدید و ابتکاری برای تصمیم‌گیری درباره نحوه پردازش و بارسپاری وظایف دستگاه‌ها و مدیریت منابع محاسباتی و ارتباطی شبکه با هدف افزایش تعداد وظایف تکمیل‌شده ارائه شده است. راهکار پیشنهادی با در ‌نظر‌گرفتن پویایی و مهلت اجرای وظایف، محدودیت منابع محاسباتی و انرژی دستگاه‌های کاربر و محدودیت منابع محاسباتی و ارتباطی شبکه اقدام به تخصیص منابع ارتباطی و پردازشی شبکه برای اجرای وظایف کاربران می‌کند. این راهکار با بهره‌گیری از پردازش موازی در سه منبع پردازشی مختلف، ایجاد شانس چندباره برای پردازش وظایف و تخصیص کارآمد منابع شبکه، ظرفیت سیستم را افزایش می‌دهد. همچنین در روش ارائه‌شده روابط اجتماعی بین کاربران به عنوان بستری برای ایجاد انگیزه همکاری برای کمک‌رسانی به یکدیگر در‌نظر گرفته شده است. بررسی نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد که راهکار پیشنهادی قادر است تعداد وظایف تکمیل شده را تا حدود 23 درصد نسبت به راهکار مرجع افزایش دهد. همچنین راهکار پیشنهادی برای وظایف بیدرنگ، کارآیی بهتری نسبت به دو راهکار مرجع از خود نشان می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

حدیقه رحیمی، محمد مهدی بابایی‌پور، ادریس ناصری‌نژاد، رضا ابراهیمی‌آتانی. "رایانش ابری، بررسی ساختار، اهداف، مزایا و چالش‌ها" . در دومین کنفرانس دستاوردهای نوین در مهندسی برق و کامپیوتر، تهران، 1393.

[1]

[2]

Nasir Abbas, Yan Zhang, Amir Taherkordi, Tor Skeie. "Mobile Edge Computing: A Survey". IEEE Internet of Things Journal, vol. 5, no. 1, pp. 450-465, 2017.

 

[3]

Arash Asadi, Qing Wang, Vincenzo Mancuso. "A Survey on Device-to-Device Communication in Cellular Networks". IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 16, no. 4, pp. 1801-1819, 2014.

 

[4]

Ruidong Zhang, Wenxiao Shi, Jiadong Zhang, Wei Liu. "An Auction Scheme for Computing Resource Allocation in D2D-Assisted Mobile Edge Computing". In 2019 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), 2019.

 

[5]

Molin Li, Tong Chen, Jiaxin Zeng, Xiaobo Zhou, Keqiu Li, Heng Qi. "D2D-Assisted Computation Offloading for Mobile Edge Computing Systems with Energy Harvesting". In 20th International Conference on Parallel and Distributed Computing, Applications and Technologies (PDCAT), Gold Coast, QLD, Australia , 2019.

 

[6]

Umber Saleem, Yu Liu, Sobia Jangsher, Xiaoming Tao, Yong Li. "Latency Minimization for D2D-Enabled Partial Computation Offloading in Mobile Edge Computing".  IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 69, no. 4, pp. 4472-4486, 2020.

 

[7]

Zhigang Xie, Xin Song, Siyang Xu. "Peer-to-Peer Enhanced Task Scheduling for D2D Enabled MEC Network". IEEE Access, pp. 138236-138250, 2020.

 

[8]

Umber Saleem, Yu Liu, Sobia Jangsher, Yong Li, Tao Jiang. "Mobility-Aware Joint Task Scheduling and Resource Allocation for Cooperative Mobile Edge Computing". IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 20, no. 1, pp. 360-374, 2020.

 

[9]

Xiaowen Cao, Feng Wang, Jie Xu, Rui Zhang, Shuguang Cui. "Joint Computation and Communication Cooperation for Energy-Efficient Mobile Edge Computing". IEEE Internet of Things Journal, vol. 6, no. 3, pp. 4188-4200, 2018.

 

[10]

Chang Wang, Jinghui Qin, Xiaoxing Yang, Wushao Wen. "Energy-Efficient Offloading Policy in D2D Underlay Communication Integrated with MEC Service". In HP3C '19: Proceedings of the 3rd International Conference on High Performance Compilation, Computing and Communications, 2019.

 

[11]

Yuan Kai, Junyuan Wang, Huiling Zhu. "Energy Minimization for D2D-Assisted Mobile Edge Computing Networks". In ICC 2019-2019 IEEE International Conference on Communications (ICC), Shanghai, China , 2019.

 

[12]

Jiafa Chen, Yisheng Zhao, Zhimeng Xu, Haifeng Zheng. "Resource Allocation Strategy for D2D-Assisted Edge Computing System With Hybrid Energy Harvesting".  IEEE Access , vol. 8, pp. 192643-192658, 2020.

 

[13]

Rong Chai, Junliang Lin, Minglong Chen, Qianbin Chen. "Task Execution Cost Minimization-Based Joint Computation Offloading and Resource Allocation for Cellular D2D MEC Systems". IEEE Systems Journal, vol. 13, no. 4, pp. 4110 -4121, 2019.

 

[14]

Ramtin Ranji, Ali Mohammed Mansoor, Asmiza Abdul Sani. "EEDOS: an Energy-Efficient and Delay-Aware Offloading Scheme Based on Device to Device Collaboration in Mobile Edge Computing". Telecommunication Systems, vol. 73, pp. 171-182, 2020.

 

[15]

Jing Li, Weifa Liang, Mengyu Chen, Zichuan Xu. "Mobility-Aware Dynamic Service Placement in D2D-Assisted MEC Environments". In IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 2021.

 

[16]

Haipeng Wang, Zhipeng Lin, Tiejun Lv. "Energy and Delay Minimization of Partial Computing Offloading for D2D-Assisted MEC Systems". In IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 2021.

 

[17]

Yuhan Yang, Chengnian Long, Jing Wu, Shaoliang Peng, Bo Li. "D2D-Enabled Mobile-Edge Computation Offloading for Multiuser IoT Network".  IEEE Internet of Things Journal, vol. 8, no. 16, pp. 12490-12504, 2021.

 

[18]

Yinghui He, Jinke Ren, Guanding Yu, Yunlong Cai. "D2D Communications Meet Mobile Edge Computing for Enhanced Computation Capacity in Cellular Networks". IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 18, no. 3, pp. 1750-1763, 2019.

 

[19]

Junxu Hou, Xiaoxiang Wang, Dongyu Wang, Yanwen Lan, Zhaolin Liu. "Computation Offloading Strategy in D2D-assisted Cellular Networks with Mobile Edge Computing". In 2019 IEEE/CIC International Conference on Communications Workshops in China (ICCC Workshops), Changchun, China, 2019.

 

[20]

Minglei Tong, Xiaoxiang Wang, Yulong Wang, Yanwen Lan. "Computation Offloading Scheme with D2D for MEC-enabled Cellular Networks". In 2020 IEEE/CIC International Conference on Communications in China (ICCC Workshops), Chongqing, China, 2020.

 

[21]

Muhammad Asif Khan, Emna Baccour, Aiman Erbad, Ridha Hamila, Mounir Hamdi. "CODE: Computation Offloading in D2D-Edge System for Video Streaming". IEEE Systems Journal, vol. 17, no. 3, pp. 4014-4025, 2023.

 

[22]

Nadine Abbas , Sanaa Sharafeddine , Azzam Mourad , Chadi Abou-Rjeily, Wissam Fawaz. "Joint computing, communication and cost-aware task offloading in D2D-enabled Het-MEC". Elsevier, vol. 209, 2022.

 

[23]

Giorgio C. Buttazzo, Hard Real-Time Computing Systems, Springer New York, NY

 

[24]

Tse, D., Viswanath, P., Fundamentals of Wireless Communications, Cambridge University Press, 2005.

 

 
حدیقه رحیمی، محمد مهدی بابایی‌پور، ادریس ناصری‌نژاد، رضا ابراهیمی‌آتانی. "رایانش ابری، بررسی ساختار، اهداف، مزایا و چالش‌ها" . در دومین کنفرانس دستاوردهای نوین در مهندسی برق و کامپیوتر، تهران، 1393.
[1]
[2]
Nasir Abbas, Yan Zhang, Amir Taherkordi, Tor Skeie. "Mobile Edge Computing: A Survey". IEEE Internet of Things Journal, vol. 5, no. 1, pp. 450-465, 2017.
 
[3]
Arash Asadi, Qing Wang, Vincenzo Mancuso. "A Survey on Device-to-Device Communication in Cellular Networks". IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol. 16, no. 4, pp. 1801-1819, 2014.
 
[4]
Ruidong Zhang, Wenxiao Shi, Jiadong Zhang, Wei Liu. "An Auction Scheme for Computing Resource Allocation in D2D-Assisted Mobile Edge Computing". In 2019 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), 2019.
 
[5]
Molin Li, Tong Chen, Jiaxin Zeng, Xiaobo Zhou, Keqiu Li, Heng Qi. "D2D-Assisted Computation Offloading for Mobile Edge Computing Systems with Energy Harvesting". In 20th International Conference on Parallel and Distributed Computing, Applications and Technologies (PDCAT), Gold Coast, QLD, Australia , 2019.
 
[6]
Umber Saleem, Yu Liu, Sobia Jangsher, Xiaoming Tao, Yong Li. "Latency Minimization for D2D-Enabled Partial Computation Offloading in Mobile Edge Computing".  IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 69, no. 4, pp. 4472-4486, 2020.
 
[7]
Zhigang Xie, Xin Song, Siyang Xu. "Peer-to-Peer Enhanced Task Scheduling for D2D Enabled MEC Network". IEEE Access, pp. 138236-138250, 2020.
 
[8]
Umber Saleem, Yu Liu, Sobia Jangsher, Yong Li, Tao Jiang. "Mobility-Aware Joint Task Scheduling and Resource Allocation for Cooperative Mobile Edge Computing". IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 20, no. 1, pp. 360-374, 2020.
 
[9]
Xiaowen Cao, Feng Wang, Jie Xu, Rui Zhang, Shuguang Cui. "Joint Computation and Communication Cooperation for Energy-Efficient Mobile Edge Computing". IEEE Internet of Things Journal, vol. 6, no. 3, pp. 4188-4200, 2018.
 
[10]
Chang Wang, Jinghui Qin, Xiaoxing Yang, Wushao Wen. "Energy-Efficient Offloading Policy in D2D Underlay Communication Integrated with MEC Service". In HP3C '19: Proceedings of the 3rd International Conference on High Performance Compilation, Computing and Communications, 2019.
 
[11]
Yuan Kai, Junyuan Wang, Huiling Zhu. "Energy Minimization for D2D-Assisted Mobile Edge Computing Networks". In ICC 2019-2019 IEEE International Conference on Communications (ICC), Shanghai, China , 2019.
 
[12]
Jiafa Chen, Yisheng Zhao, Zhimeng Xu, Haifeng Zheng. "Resource Allocation Strategy for D2D-Assisted Edge Computing System With Hybrid Energy Harvesting".  IEEE Access , vol. 8, pp. 192643-192658, 2020.
 
[13]
Rong Chai, Junliang Lin, Minglong Chen, Qianbin Chen. "Task Execution Cost Minimization-Based Joint Computation Offloading and Resource Allocation for Cellular D2D MEC Systems". IEEE Systems Journal, vol. 13, no. 4, pp. 4110 -4121, 2019.
 
[14]
Ramtin Ranji, Ali Mohammed Mansoor, Asmiza Abdul Sani. "EEDOS: an Energy-Efficient and Delay-Aware Offloading Scheme Based on Device to Device Collaboration in Mobile Edge Computing". Telecommunication Systems, vol. 73, pp. 171-182, 2020.
 
[15]
Jing Li, Weifa Liang, Mengyu Chen, Zichuan Xu. "Mobility-Aware Dynamic Service Placement in D2D-Assisted MEC Environments". In IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 2021.
 
[16]
Haipeng Wang, Zhipeng Lin, Tiejun Lv. "Energy and Delay Minimization of Partial Computing Offloading for D2D-Assisted MEC Systems". In IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), 2021.
 
[17]
Yuhan Yang, Chengnian Long, Jing Wu, Shaoliang Peng, Bo Li. "D2D-Enabled Mobile-Edge Computation Offloading for Multiuser IoT Network".  IEEE Internet of Things Journal, vol. 8, no. 16, pp. 12490-12504, 2021.
 
[18]
Yinghui He, Jinke Ren, Guanding Yu, Yunlong Cai. "D2D Communications Meet Mobile Edge Computing for Enhanced Computation Capacity in Cellular Networks". IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 18, no. 3, pp. 1750-1763, 2019.
 
[19]
Junxu Hou, Xiaoxiang Wang, Dongyu Wang, Yanwen Lan, Zhaolin Liu. "Computation Offloading Strategy in D2D-assisted Cellular Networks with Mobile Edge Computing". In 2019 IEEE/CIC International Conference on Communications Workshops in China (ICCC Workshops), Changchun, China, 2019.
 
[20]
Minglei Tong, Xiaoxiang Wang, Yulong Wang, Yanwen Lan. "Computation Offloading Scheme with D2D for MEC-enabled Cellular Networks". In 2020 IEEE/CIC International Conference on Communications in China (ICCC Workshops), Chongqing, China, 2020.
 
[21]
Muhammad Asif Khan, Emna Baccour, Aiman Erbad, Ridha Hamila, Mounir Hamdi. "CODE: Computation Offloading in D2D-Edge System for Video Streaming". IEEE Systems Journal, vol. 17, no. 3, pp. 4014-4025, 2023.
 
[22]
Nadine Abbas , Sanaa Sharafeddine , Azzam Mourad , Chadi Abou-Rjeily, Wissam Fawaz. "Joint computing, communication and cost-aware task offloading in D2D-enabled Het-MEC". Elsevier, vol. 209, 2022.
 
[23]
Giorgio C. Buttazzo, Hard Real-Time Computing Systems, Springer New York, NY
 
[24]
Tse, D., Viswanath, P., Fundamentals of Wireless Communications, Cambridge University Press, 2005.