中文題目:面向物聯網的移動邊緣計算多維QoS評價與優化綜述
論文題目:Multi-dimensional QoS Evaluation and Optimization of Mobile Edge Computing for IoT: A Survey
錄用期刊/會議:Chinese Journal of Electronics (CCF國內期刊T1類,中科院大類4區,JCR Q3)
原文DOI:10.23919/cje.2023.00.264
錄用時間:2024年1月23日
作者列表:
1)黃霽崴 中國石油大學(北京)人工智能學院 計算機科學與技術系 教授
2)劉芳正 中國石油大學(北京)人工智能學院 控制科學與工程專業 博19
3)張建兵 中國石油大學(北京)人工智能學院 計算機科學與技術系 講師
摘要:
隨著物聯網的發展,移動邊緣計算(Mobile Edge Computing,MEC)已成為支持物聯網數據分析和處理的有前途的計算范式。在物聯網的MEC中,對服務質量(Quality of Service,QoS)的差異化需求迅速增長,使QoS成為一個包含多種屬性的多維概念,如性能、可靠性、能效和經濟因素。為了保證物聯網應用的QoS,多維QoS評估和優化的理論與技術已成為MEC在物聯網研究和應用中的重要基礎和支撐技術,引起了學術界和工業界的廣泛關注。本文旨在調研物聯網MEC多維QoS評估與優化的現有研究,并為該領域的未來研究提供見解和指導。本文總結了物聯網場景中的多維多屬性QoS指標,然后介紹了幾種QoS評估方法。對于QoS優化,概述了該領域的主要研究問題,并詳細說明了優化模型及其相應的解決方案。我們注意到在人工智能賦能的物聯網場景中,邊緣智能正在蓬勃發展,闡述了與QoS評估和優化相關的新研究課題和最新方法。我們討論了面臨的挑戰和未來的研究方向。
背景與動機:
隨著物聯網的普及,物聯網MEC的QoS評估和優化已引起學術界和工業界越來越多的關注。已有一些關于MEC的綜述通常側重于某些特定問題(如任務卸載、激勵機制和拍賣方案),或研究某一單一QoS指標(如能耗或安全性)。本文旨在從多維角度研究QoS問題,討論QoS評估與優化的最新方法。同時,本文還試圖探討邊緣智能時代新興技術帶來的QoS管理挑戰,期望能激發未來的進一步研究。
主要內容:
圖1 物聯網移動邊緣計算多維QoS評估與優化綜述
如圖1所示,本文對物聯網MEC多維QoS評價和優化問題進行了全面綜述。首先討論了多維QoS指標,將QoS指標分為四個維度,即性能、可靠性、能效和經濟因素,其中,每個維度中還包含多個屬性。本文給出了各個屬性的定義,并討論了各個屬性之間存在的相互關系。
之后,本文調研并分類了QoS評價方法。QoS評價可以為系統的設計和優化提供一個基準,QoS評價的主要任務是分析系統配置、工作負載、決策等因素對QoS指標的影響。目前廣泛采用的QoS評價方法可分為三類,即基于測量的方法、基于仿真的方法和基于分析的方法,本文總結了不同QoS評價方法的優缺點。
在進行QoS評價后,下一步是根據用戶或服務提供商的需求來優化QoS指標。本文從QoS優化的角度出發,討論了任務卸載、資源分配、邊緣緩存、服務遷移、用戶分配、協同計算、定價激勵等研究問題,并介紹了常見的QoS優化模型及其相應的解決方案,其中,QoS優化的基本步驟主要包括:1)構建優化模型,2)使用特定方案或算法求解模型。優化模型可分為兩類:一類是可以通過數學方法或數值法解決的靜態優化模型,另一類是可以使用迭代算法或智能優化方法解決的動態優化模型。針對不同的優化模型,總結了現有研究常用的靜態和動態優化方法,并比較了靜態和動態優化方法的優缺點。
最后,如何評估和優化邊緣智能中的QoS是最具挑戰性的任務之一,本文列舉了一些新興的邊緣智能技術,討論了其中的QoS評估和優化問題,并針對邊緣智能場景提供了一些關于未來研究方向的探討和展望。
總結:
本文對物聯網移動邊緣計算多維服務質量(QoS)評價與優化的現有研究進行了綜述。QoS評價方面,總結了多維多屬性QoS指標,介紹了QoS評價方法。QoS優化方面,總結了主要研究問題,介紹了優化模型及相應的解決方案。最后,探討了邊緣智能時代QoS評價與優化相關的新課題和新方法,并討論了面臨的挑戰和未來的研究方向。
作者簡介:
黃霽崴,教授,博士生導師,中國石油大學(北京)人工智能學院副院長,石油數據挖掘北京市重點實驗室主任。入選北京市優秀人才、北京市科技新星、北京市國家治理青年人才、昌聚工程青年人才、中國石油大學(北京)優秀青年學者。本科和博士畢業于清華大學計算機科學與技術系,美國佐治亞理工學院聯合培養博士生。研究方向包括:物聯網、服務計算、邊緣智能等。已主持國家自然科學基金、國家重點研發計劃、北京市自然科學基金等科研項目18項;以第一/通訊作者在國內外著名期刊和會議發表學術論文60余篇,其中1篇獲得中國科協優秀論文獎,2篇入選ESI熱點論文,4篇入選ESI高被引論文;出版學術專著1部;獲得國家發明專利6項、軟件著作權4項;獲得中國通信學會科學技術一等獎1項、中國產學研合作創新成果一等獎1項、廣東省計算機學會科學技術二等獎1項。擔任中國計算機學會(CCF)服務計算專委會委員,CCF和IEEE高級會員,電子學報、Chinese Journal of Electronics、Scientific Programming等期刊編委。聯系方式:huangjw@cup.edu.cn。