Интеллектуальная схема распределения задач с учетом задержек вычислений в Edge-Fog-Cloud – обзор
Ключевые слова:
разгрузка задач, облачные вычисления, периферийные вычисления, туманные вычисления, Интернет вещей, задержкаАннотация
Огромный объем данных, создаваемых процедурами Интернета вещей, требует вычислительной мощности и места для хранения, предоставляемого облачными, периферийными и туманными вычислительными системами. Каждый из этих способов вычислений имеет как преимущества, так и недостатки. Облачные вычисления улучшают хранение информации и вычислительные возможности, одновременно увеличивая задержку соединения. Периферийные и туманные вычисления предлагают аналогичные преимущества с уменьшенной задержкой, но имеют ограниченное хранилище, емкость и покрытие. Первоначально оптимизация применялась для решения проблемы сброса трафика. И наоборот, традиционная оптимизация не может удовлетворить жесткие требования к задержке принятия решений в сложных системах, варьирующейся от миллисекунд до долей секунды. В результате алгоритмы машинного обучения, особенно обучение с подкреплением, набирают популярность, поскольку они могут быстро решать проблемы разгрузки в динамических ситуациях, включающих определенные неопознанные данные. Мы проводим анализ литературы, чтобы изучить различные методы, используемые для решения этой интеллектуальной задачи по разгрузке задач с учетом задержек для облачных, периферийных и туманных вычислений. Уроки, полученные в результате этих исследований, затем представлены в настоящем отчете. Наконец, мы определяем некоторые дополнительные возможности для изучения и проблемы, которые необходимо преодолеть, чтобы достичь минимальной задержки в системе разгрузки задач.
Литература
2. Wei D., Ning H., Shi F., Wan Y., Xu J., Yang S., Zhu L. Dataflow management in the internet of things: Sensing, control, and security. Tsinghua Science and Technology. 2021. vol. 26. no. 6. pp. 918–930.
3. Zheng T., Wan J., Zhang J., Jiang C., Jia G. A survey of computation offloading in edge computing. In 2020 International Conference on Computer, Information and Telecommunication Systems (CITS). IEEE, 2020. pp. 1–6.
4. Saeik F., Avgeris M., Spatharakis D., Santi N., Dechouniotis D., Violos J., Papavassiliou S. Task offloading in Edge and Cloud Computing: A survey on mathematical, artificial intelligence and control theory solutions. Computer Networks. 2021. vol. 195. no.108177.
5. Zhao T., Zhou S., Guo X., Zhao Y., Niu Z. A cooperative scheduling scheme of local cloud and internet cloud for delay-aware mobile cloud computing. IEEE globecom workshops (GC Wkshps). IEEE, 2015. pp. 1–6.
6. Xu F., Yang W., Li H. Computation offloading algorithm for cloud robot based on improved game theory. Computers & Electrical Engineering. 2020. vol. 87. no. 106764.
7. Shakarami A., Ghobaei-Arani M., Masdari M., Hosseinzadeh M. A survey on the computation offloading approaches in mobile edge/cloud computing environment: a stochastic-based perspective. Journal of Grid Computing. 2020. vol. 18. pp. 639–671.
8. Guo S., Zeng D., Gu L., Luo J. When green energy meets cloud radio access network: Joint optimization towards brown energy minimization. Mobile Networks and Applications. 2019. vol. 24. pp. 962–970.
9. Dai H.N., Wong R.C.W., Wang H., Zheng Z., Vasilakos A.V. Big data analytics for large-scale wireless networks: Challenges and opportunities. ACM Computing Surveys (CSUR). 2019. vol. 52. no. 5. pp. 1–36.
10. Hong C.H., Varghese, B. Resource management in fog/edge computing: a survey on architectures, infrastructure, and algorithms. ACM Computing Surveys (CSUR). 2019. vol. 52. no. 5. pp. 1–36.
11. Xu Z., Liang W., Jia M., Huang M., Mao G. Task offloading with network function requirements in a mobile edge-cloud network. IEEE Transactions on Mobile Computing. 2018. vol. 18. no. 11. pp. 2672–2685.
12. Ren J., Zhang D., He S., Zhang Y., Li T. A survey on end-edge-cloud orchestrated network computing paradigms: Transparent computing, mobile edge computing, fog computing, and cloudlet. ACM Computing Surveys (CSUR). 2019. vol. 52. no. 6. pp. 1–36.
13. Zhang Z., Li C., Peng S., Pei X. A new task offloading algorithm in edge computing. EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking. 2021. vol. 2021. pp. 1–21.
14. You C., Huang K., Chae H., Kim B.H. Energy-efficient resource allocation for mobile-edge computation offloading. IEEE Transactions on Wireless Communications. 2016. vol. 16. no. 3. pp. 1397–1411.
15. De D., Mukherjee A., Guha Roy D. Power and delay efficient multilevel offloading strategies for mobile cloud computing. Wireless Personal Communications. 2020. vol. 112. pp. 2159–2186.
16. Sun M., Xu X., Tao X., Zhang P. Large-scale user-assisted multi-task online offloading for latency reduction in D2D-enabled heterogeneous networks. IEEE Transactions on Network Science and Engineering. 2020. vol. 7. no. 4. pp. 2456–2467.
17. Niu H., Wang L., Du K., Lu Z., Wen X., Liu Y. A pipelining task offloading strategy via delay-aware multi-agent reinforcement learning in Cybertwin-enabled 6G network. Digital Communications and Networks. 2023. DOI: 10.1016/j.dcan.2023.04.004.
18. Liu H., Niu Z., Du J., Lin X. Genetic algorithm for delay efficient computation offloading in dispersed computing. Ad Hoc Networks. 2023. vol. 142. no. 103109.
19. Mirza M.A., Yu J., Raza S., Krichen M., Ahmed M., Khan W.U., Rabie K., Shongwe T. DRL-assisted delay optimized task offloading in Automotive-Industry 5.0 based VECNs. Journal of King Saud University-Computer and Information Sciences. 2023. vol. 35(6). no. 101512. DOI: 10.1016/j.jksuci.2023.02.013.
20. Li X., Ye B. Latency-Aware Computation Offloading for 5G Networks in Edge Computing. Security and Communication Networks. 2021. vol. 2021. pp. 1–15.
21. Cozzolino V., Tonetto L., Mohan N., Ding A.Y., Ott J. Nimbus: Towards latency-energy efficient task offloading for ar services. IEEE Transactions on Cloud Computing. 2023. vol. 11. no. 2. pp. 1530–1545. DOI: 10.1109/TCC.2022.3146615.
22. Liu C.F., Bennis M., Debbah M., Poor H.V. Dynamic task offloading and resource allocation for ultra-reliable low-latency edge computing. IEEE Transactions on Communications. 2019. vol. 67. no. 6. pp. 4132–4150.
23. Zhang H., Yang Y., Huang X., Fang C., Zhang P. Ultra-low latency multi-task offloading in mobile edge computing. IEEE Access, 2021. vol. 9. pp. 32569–32581.
24. Yang T., Feng H., Gao S., Jiang Z., Qin M., Cheng N., Bai L. Two-stage offloading optimization for energy–latency tradeoff with mobile edge computing in maritime Internet of Things. IEEE Internet of Things Journal. 2019. vol. 7. no. 7. pp. 5954–5963.
25. Shu C., Zhao Z., Han Y., Min G., Duan H. Multi-user offloading for edge computing networks: A dependency-aware and latency-optimal approach. IEEE Internet of Things Journal. 2019. vol. 7. no. 3. pp. 1678–1689.
26. Gu X., Ji C., Zhang G. Energy-optimal latency-constrained application offloading in mobile-edge computing. Sensors. 2020. vol. 20(11). no. 3064.
27. Liu S., Yu Y., Guo L., Yeoh P.L., Vucetic B., Li Y. Adaptive delay-energy balanced partial offloading strategy in Mobile Edge Computing networks. Digital Communications and Networks. 2022. DOI: 10.1016/j.dcan.2022.05.029.
28. Zhang Y., Chen J., Zhou Y., Yang L., He B., Yang Y. Dependent task offloading with energy‐latency tradeoff in mobile edge computing. IET Communications. 2022. vol. 16. no. 17. pp. 1993–2001.
29. Li Y., Wang T., Wu Y., Jia W. Optimal dynamic spectrum allocation-assisted latency minimization for multiuser mobile edge computing. Digital Communications and Networks. 2022. vol. 8. no. 3. pp. 247–256.
30. Wang M., Wu T., Ma T., Fan X., Ke M. Users' experience matter: Delay sensitivity-aware computation offloading in mobile edge computing. Digital Communications and Networks. 2022. vol. 8. no. 6. pp. 955–963.
31. Elgendy I.A., Zhang W.Z., Liu C.Y., Hsu C.H. An efficient and secured framework for mobile cloud computing. IEEE Transactions on Cloud Computing. 2018. vol. 9. no. 1. pp. 79–87.
32. Tyagi H., Kumar R. Cloud computing for IoT. Internet of Things (IoT) Concepts and Applications. 2020. pp. 25–41.
33. Cong P., Zhou J., Li L., Cao K., Wei T., Li K. A survey of hierarchical energy optimization for mobile edge computing: A perspective from end devices to the cloud. ACM Computing Surveys (CSUR). 2020. vol. 53. no. 2. pp. 1–44.
34. Elgendy I.A., Zhang W., Tian Y.C., Li K. Resource allocation and computation offloading with data security for mobile edge computing. Future Generation Computer Systems. 2019. vol. 100. pp. 531–541.
35. Zhang W.Z., Elgendy I.A., Hammad M., Iliyasu A.M., Du X., Guizani M., Abd el-Latif A.A. Secure and optimized load balancing for multitier IoT and edge-cloud computing systems. IEEE Internet of Things Journal. 2021. vol. 8. no. 10. pp. 8119–8132.
36. Elgendy I.A., Zhang W.Z., Zeng Y., He H., Tian Y.C., Yang Y. Efficient and secure multi-user multi-task computation offloading for mobile-edge computing in mobile IoT networks. IEEE Transactions on Network and Service Management. 2020. vol. 17. no. 4. pp. 2410–2422.
37. Mahmud R., Ramamohanarao K., Buyya R. Application management in fog computing environments: A taxonomy, review and future directions. ACM Computing Surveys (CSUR). 2020. vol. 53. no. 4. pp. 1–43.
38. Helbig M., Deb K., Engelbrecht A. Key challenges and future directions of dynamic multi-objective optimisation. IEEE Congress on Evolutionary Computation (CEC). IEEE, 2016. pp. 1256–1261.
39. Almutairi J., Aldossary M. A novel approach for IoT tasks offloading in edge-cloud environments. Journal of Cloud Computing. 2021. vol. 10(1). pp. 1–19.
40. Almutairi J., Aldossary M., Alharbi H.A., Yosuf B.A., Elmirghani J.M. Delay-optimal task offloading for UAV-enabled edge-cloud computing systems. IEEE Access. 2022. vol. 10. pp. 51575–51586.
41. Wang Y., Wang L., Zheng R., Zhao X., Liu M. Latency-optimal computational offloading strategy for sensitive tasks in smart homes. Sensors. 2021. vol. 21(7). no. 2347.
42. Ren J., Yu G., He Y., Li G.Y. Collaborative cloud and edge computing for latency minimization. IEEE Transactions on Vehicular Technology. 2019. vol. 68. no. 5. pp. 5031–5044.
43. Lakhan A., Mohammed M.A., Abdulkareem K.H., Jaber M.M., Nedoma J., Martinek R., Zmij P. Delay optimal schemes for Internet of Things applications in heterogeneous edge cloud computing networks. Sensors. 2022. vol. 22(16). no. 5937.
44. AlShathri S.I., Hassan D.S., Chelloug S.A. Latency-Aware Dynamic Second Offloading Service in SDN-Based Fog Architecture. CMC-Computers Materials and Continua. 2023. vol. 75. no. 1. pp. 1501–1526.
45. Kaur P., Mehta S. Improvement of Task Offloading for Latency Sensitive Tasks in Fog Environment. Energy Conservation Solutions for Fog-Edge Computing Paradigms. 2022. pp. 49–63.
46. Mukherjee M., Kumar V., Kumar S., Matamy R., Mavromoustakis C.X., Zhang Q., Shojafar M., Mastorakis G. Computation offloading strategy in heterogeneous fog computing with energy and delay constraints. IEEE International Conference on Communications (ICC). IEEE. 2020. pp. 1–5. DOI: 10.1109/ICC40277.2020.9148852.
47. Tran-Dang H., Kim D.S. Dynamic collaborative task offloading for delay minimization in the heterogeneous fog computing systems. Journal of Communications and Networks. 2023. vol. 25. no. 2. pp. 244–252. DOI: 10.23919/JCN.2023.000008.
48. Tran-Dang H., Kim D.S. FRATO: Fog resource based adaptive task offloading for delay-minimizing IoT service provisioning. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems. 2021. vol. 32. no. 10. pp. 2491–2508.
49. Kishor A., Chakarbarty C. Task offloading in fog computing for using smart ant colony optimization. Wireless personal communications. 2021. pp. 1–22.
50. Ren Q., Liu K., Zhang L. Multi-objective optimization for task offloading based on network calculus in fog environments. Digital Communications and Networks. 2022. vol. 8(5). pp. 825–833.
51. Tran-Dang H., Kim D.S. Distributed Computation Offloading Framework for Fog Computing Networks. Cooperative and Distributed Intelligent Computation in Fog Computing: Concepts, Architectures, and Frameworks. 2023. pp. 133–155.
52. Chakraborty C., Mishra K., Majhi S.K., Bhuyan H.K. Intelligent Latency-aware tasks prioritization and offloading strategy in Distributed Fog-Cloud of Things. IEEE Transactions on Industrial Informatics. 2022. vol. 19(2). pp. 2099–2106.
53. Cui K., Lin B., Sun W., Sun W. Learning-based task offloading for marine fog-cloud computing networks of USV cluster. Electronics. 2019. vol. 8(11). no. 1287.
54. Bukhari M.M., Ghazal T.M., Abbas S., Khan M.A., Farooq U., Wahbah H., Ahmad M., Adnan, K M. An intelligent proposed model for task offloading in fog-cloud collaboration using logistics regression. Computational Intelligence and Neuroscience. 2022. vol. 2022. DOI: 10.1155/2022/3606068.
55. Pan Y., Jiang H., Zhu H., Wang J. Latency minimization for task offloading in hierarchical fog-computing C-RAN networks. IEEE International Conference on Communications (ICC). IEEE, 2020. pp. 1–6.
56. Mahini H., Rahmani A.M., Mousavirad S.M. An evolutionary game approach to IoT task offloading in fog-cloud computing. The Journal of Supercomputing. 2021. vol. 77. pp. 5398–5425.
57. Jindal R., Kumar N., Nirwan H. MTFCT: A task offloading approach for fog computing and cloud computing. 10th International Conference on Cloud Computing, Data Science & Engineering (Confluence). IEEE, 2020. pp. 145–149.
58. Jain V., Kumar B. Optimal task offloading and resource allotment towards fog-cloud architecture. 11th International Conference on Cloud Computing, Data Science and Engineering (Confluence). IEEE. 2021. pp. 233–238.
59. Guo M., Li L., Guan Q. Energy-efficient and delay-guaranteed workload allocation in IoT-edge-cloud computing systems. IEEE Access. 2019. vol. 7. pp. 78685–78697.
60. Wu H., Wolter K., Jiao P., Deng Y., Zhao Y., Xu M. EEDTO: An energy-efficient dynamic task offloading algorithm for blockchain-enabled IoT-edge-cloud orchestrated computing. IEEE Internet of Things Journal. 2020. vol. 8. no. 4. pp. 2163–2176.
61. Hong Z., Chen W., Huang H., Guo S., Zheng Z. Multi-hop cooperative computation offloading for industrial IoT–edge–cloud computing environments. IEEE Transactions on Parallel and Distributed Systems. 2019. vol. 30. no. 12. pp. 2759–2774.
62. Qu G., Wu H., Li R., Jiao P. DMRO: A deep meta reinforcement learning-based task offloading framework for edge-cloud computing. IEEE Transactions on Network and Service Management. 2021. vol. 18. no. 3. pp. 3448–3459.
63. Gali M., Mahamkali A. A Distributed Deep Meta Learning based Task Offloading Framework for Smart City Internet of Things with Edge-Cloud Computing. Journal of Internet Services and Information Security. 2022. vol. 12. no. 4. pp. 224–237.
Опубликован
Как цитировать
Раздел
Copyright (c) B. SWAPNA
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Авторы, которые публикуются в данном журнале, соглашаются со следующими условиями: Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и передают журналу право первой публикации вместе с работой, одновременно лицензируя ее на условиях Creative Commons Attribution License, которая позволяет другим распространять данную работу с обязательным указанием авторства данной работы и ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторы сохраняют право заключать отдельные, дополнительные контрактные соглашения на неэксклюзивное распространение версии работы, опубликованной этим журналом (например, разместить ее в университетском хранилище или опубликовать ее в книге), со ссылкой на оригинальную публикацию в этом журнале. Авторам разрешается размещать их работу в сети Интернет (например, в университетском хранилище или на их персональном веб-сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению, а также к большему количеству ссылок на данную опубликованную работу (Смотри The Effect of Open Access).