論文標題：Revenue-Optimal Task Scheduling and Resource Management for IoT Batch Jobs in Mobile Edge Computing

錄用期刊：Peer-to-Peer Networking and Applications (SCI，JCR Q2，CCF C類)

作者列表：

1）黃霽崴 中國石油大學（北京） 信息科學與工程學院 教授

2）李松遠 北京郵電大學 網絡與交換技術國家重點實驗室 2018級碩士

3）陳   瑩 北京信息科技大學 計算機學院 副教授

原文DOI:  https://doi.org/10.1007/s12083-020-00880-y

基于邊緣計算架構的QoS感知任務調度和資源管理方法

QoS感知的任務調度和資源管理方法針對移動邊緣計算架構設計，如上圖所示。邊緣服務供應商將多個邊緣服務器部署在各處基站的位置，基站負責和用戶維持數據通信和任務交互，用戶提交的任務請求在邊緣服務器端處理。用戶的任務請求通常被調度到鄰近的邊緣服務器，所以相較于將任務調度到遠程云端，大幅減少了任務響應時間和任務傳輸帶寬。在用戶分布密度較大的區域（如城市中央商務區），與用戶鄰近的邊緣服務器會有多個。本部分充分考慮如上情況的任務調度策略。同時，一個邊緣服務器在相應基站的信號覆蓋范圍內通常被多個用戶共享，而多個用戶間達成對邊緣服務器的資源競爭關系。用戶在邊緣服務器內分配得到更多計算資源，意味著更快的任務處理速度，即更高的QoS。因此，本部分也同時關注邊緣服務器內的資源管理問題。

本部分的任務調度和資源管理充分了時間動態性，用戶跨邊緣基站的信號覆蓋范圍操作位置移動。任務調度和資源管理算法，在不同的時間槽下，根據當前各用戶位置和邊緣服務器計算資源使用情況，做出任務調度和資源管理的決策。決策結果滿足多用戶的QoS需求，并且最大化邊緣供應商的總服務收益，維護邊緣服務生態的可持續性發展。

具體地說，首先，建立關于移動邊服務動態過程的數學模型，給出QoS指標（即任務響應時間）的計算解析式。其次，基于模型描述，設計最大化邊緣服務供應商收益的優化模型，并以用戶QoS需求作為優化模型的約束條件。然后，針對優化模型，設計高效的調度算法，分析算法時間復雜度。最后，基于邊緣計算數據集，設計仿真實驗，驗證調度算法的有效性和高效性。

基于移動邊緣架構的QoS感知任務調度和資源管理方法

1. 最大化邊緣供應商收益的任務/資源優化模型

用戶發起的任務請求允許跨邊緣端地調度到多個邊緣服務器。αi,j(t)表示于時間槽t分配給用戶i的任務請求的、位于邊緣服務器j的資源實例數量。任務/資源的優化決策在每個決策時間槽Γ執行。優化目標是最大化邊緣供應商收益，收益來自各用戶上報的服務預算Bi。任務/資源優化模型的形式化定義如下圖所示，資源約束表示在每個時間槽t向所有用戶分配的總資源數量不超過資源容量，而QoS約束表示對任務請求i的調度和資源決策僅在任務執行期限前操作。

任務/資源優化模型

2. 基于線性規劃的任務/資源決策模型

上圖定義的優化模型是整數規劃（Integer Programming, IP）問題，屬于NP難題。 因此，借助優化約束式的完全幺模性質，利用λ-優化求解技術，上圖的整數規劃問題可以通過線性規劃技術等效地求解。線性規劃問題可以使用高效算法（如單純形算法，內點法）和求解器（如MOSEK，CPLEX）求解?；诰€性規劃的決策優化模型如下圖所示。

線性規劃決策模型

3. 跨邊緣端的動態任務調度和資源管理算法

下圖算法敘述了跨邊緣端的任務調度和資源管理算法，實現了邊緣供應商收益的最大化。當為用戶的服務請求提供調度決策時，同時確定分配的邊緣資源數量。對任務調度和資源管理的決策沿著決策時間槽Γ動態執行；在每一決策時間槽Γ，更新各移動用戶的位置信息，收集新提出的任務請求，并依此操作決策。

任務調度和資源管理算法

實驗結果

邊緣供應商在不同算法下的服務收益

移動物聯網設備在不同算法下的任務完成率

不同移動IoT設備規模下邊緣供應商的服務收益

不同系統規模下的算法運行時(系統規模指，移動IoT設備/邊緣服務器的數量)

經過實驗驗證，我們算法的有效性和效率得到充分驗證。

作者簡介

黃霽崴 博士，教授，博士生導師，石油數據挖掘北京市重點實驗室主任，中國石油大學（北京）計算機科學與技術系主任。2015年度北京市優秀人才，2018年度中國石油大學（北京）優秀青年學者，2020年度北京市科技新星。分別在2009年和2014年于清華大學計算機科學與技術系獲得工學學士和工學博士學位，2012-2013年國家公派赴美國佐治亞理工學院聯合培養。研究方向包括：系統性能評價和優化、隨機模型理論和應用、服務質量測量與保障技術、服務計算和物聯網等。擔任中國計算機學會（CCF）服務計算專委會委員，CCF高級會員，IEEE、ACM會員。已主持國家自然科學基金、北京市自然科學基金等科研項目13項，在國內外著名期刊和會議發表論文五十余篇，出版學術專著1部，獲得國家發明專利5項、軟件著作權3項，擔任多個國際頂級期刊和知名會議審稿人。聯系郵箱：huangjw@cup.edu.cn。

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