中文題目:面向物聯(lián)網(wǎng)的移動(dòng)邊緣計(jì)算多維QoS評(píng)價(jià)與優(yōu)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(huì)議:Chinese Journal of Electronics (CCF國(guó)內(nèi)期刊T1類(lèi),中科院大類(lèi)4區(qū),JCR Q3)
原文DOI:10.23919/cje.2023.00.264
錄用時(shí)間:2024年1月23日
作者列表:
1)黃霽崴 中國(guó)石油大學(xué)(北京)人工智能學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系 教授
2)劉芳正 中國(guó)石油大學(xué)(北京)人工智能學(xué)院 控制科學(xué)與工程專(zhuān)業(yè) 博19
3)張建兵 中國(guó)石油大學(xué)(北京)人工智能學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系 講師
摘要:
隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展,移動(dòng)邊緣計(jì)算(Mobile Edge Computing,MEC)已成為支持物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析和處理的有前途的計(jì)算范式。在物聯(lián)網(wǎng)的MEC中,對(duì)服務(wù)質(zhì)量(Quality of Service,QoS)的差異化需求迅速增長(zhǎng),使QoS成為一個(gè)包含多種屬性的多維概念,如性能、可靠性、能效和經(jīng)濟(jì)因素。為了保證物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的QoS,多維QoS評(píng)估和優(yōu)化的理論與技術(shù)已成為MEC在物聯(lián)網(wǎng)研究和應(yīng)用中的重要基礎(chǔ)和支撐技術(shù),引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。本文旨在調(diào)研物聯(lián)網(wǎng)MEC多維QoS評(píng)估與優(yōu)化的現(xiàn)有研究,并為該領(lǐng)域的未來(lái)研究提供見(jiàn)解和指導(dǎo)。本文總結(jié)了物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中的多維多屬性QoS指標(biāo),然后介紹了幾種QoS評(píng)估方法。對(duì)于QoS優(yōu)化,概述了該領(lǐng)域的主要研究問(wèn)題,并詳細(xì)說(shuō)明了優(yōu)化模型及其相應(yīng)的解決方案。我們注意到在人工智能賦能的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中,邊緣智能正在蓬勃發(fā)展,闡述了與QoS評(píng)估和優(yōu)化相關(guān)的新研究課題和最新方法。我們討論了面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)的研究方向。
背景與動(dòng)機(jī):
隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及,物聯(lián)網(wǎng)MEC的QoS評(píng)估和優(yōu)化已引起學(xué)術(shù)界和工業(yè)界越來(lái)越多的關(guān)注。已有一些關(guān)于MEC的綜述通常側(cè)重于某些特定問(wèn)題(如任務(wù)卸載、激勵(lì)機(jī)制和拍賣(mài)方案),或研究某一單一QoS指標(biāo)(如能耗或安全性)。本文旨在從多維角度研究QoS問(wèn)題,討論QoS評(píng)估與優(yōu)化的最新方法。同時(shí),本文還試圖探討邊緣智能時(shí)代新興技術(shù)帶來(lái)的QoS管理挑戰(zhàn),期望能激發(fā)未來(lái)的進(jìn)一步研究。
主要內(nèi)容:

圖1 物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)邊緣計(jì)算多維QoS評(píng)估與優(yōu)化綜述
如圖1所示,本文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)MEC多維QoS評(píng)價(jià)和優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行了全面綜述。首先討論了多維QoS指標(biāo),將QoS指標(biāo)分為四個(gè)維度,即性能、可靠性、能效和經(jīng)濟(jì)因素,其中,每個(gè)維度中還包含多個(gè)屬性。本文給出了各個(gè)屬性的定義,并討論了各個(gè)屬性之間存在的相互關(guān)系。
之后,本文調(diào)研并分類(lèi)了QoS評(píng)價(jià)方法。QoS評(píng)價(jià)可以為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供一個(gè)基準(zhǔn),QoS評(píng)價(jià)的主要任務(wù)是分析系統(tǒng)配置、工作負(fù)載、決策等因素對(duì)QoS指標(biāo)的影響。目前廣泛采用的QoS評(píng)價(jià)方法可分為三類(lèi),即基于測(cè)量的方法、基于仿真的方法和基于分析的方法,本文總結(jié)了不同QoS評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
在進(jìn)行QoS評(píng)價(jià)后,下一步是根據(jù)用戶(hù)或服務(wù)提供商的需求來(lái)優(yōu)化QoS指標(biāo)。本文從QoS優(yōu)化的角度出發(fā),討論了任務(wù)卸載、資源分配、邊緣緩存、服務(wù)遷移、用戶(hù)分配、協(xié)同計(jì)算、定價(jià)激勵(lì)等研究問(wèn)題,并介紹了常見(jiàn)的QoS優(yōu)化模型及其相應(yīng)的解決方案,其中,QoS優(yōu)化的基本步驟主要包括:1)構(gòu)建優(yōu)化模型,2)使用特定方案或算法求解模型。優(yōu)化模型可分為兩類(lèi):一類(lèi)是可以通過(guò)數(shù)學(xué)方法或數(shù)值法解決的靜態(tài)優(yōu)化模型,另一類(lèi)是可以使用迭代算法或智能優(yōu)化方法解決的動(dòng)態(tài)優(yōu)化模型。針對(duì)不同的優(yōu)化模型,總結(jié)了現(xiàn)有研究常用的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法,并比較了靜態(tài)和動(dòng)態(tài)優(yōu)化方法的優(yōu)缺點(diǎn)。
最后,如何評(píng)估和優(yōu)化邊緣智能中的QoS是最具挑戰(zhàn)性的任務(wù)之一,本文列舉了一些新興的邊緣智能技術(shù),討論了其中的QoS評(píng)估和優(yōu)化問(wèn)題,并針對(duì)邊緣智能場(chǎng)景提供了一些關(guān)于未來(lái)研究方向的探討和展望。
總結(jié):
本文對(duì)物聯(lián)網(wǎng)移動(dòng)邊緣計(jì)算多維服務(wù)質(zhì)量(QoS)評(píng)價(jià)與優(yōu)化的現(xiàn)有研究進(jìn)行了綜述。QoS評(píng)價(jià)方面,總結(jié)了多維多屬性QoS指標(biāo),介紹了QoS評(píng)價(jià)方法。QoS優(yōu)化方面,總結(jié)了主要研究問(wèn)題,介紹了優(yōu)化模型及相應(yīng)的解決方案。最后,探討了邊緣智能時(shí)代QoS評(píng)價(jià)與優(yōu)化相關(guān)的新課題和新方法,并討論了面臨的挑戰(zhàn)和未來(lái)的研究方向。
作者簡(jiǎn)介:
黃霽崴,教授,博士生導(dǎo)師,中國(guó)石油大學(xué)(北京)人工智能學(xué)院副院長(zhǎng),石油數(shù)據(jù)挖掘北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任。入選北京市優(yōu)秀人才、北京市科技新星、北京市國(guó)家治理青年人才、昌聚工程青年人才、中國(guó)石油大學(xué)(北京)優(yōu)秀青年學(xué)者。本科和博士畢業(yè)于清華大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系,美國(guó)佐治亞理工學(xué)院聯(lián)合培養(yǎng)博士生。研究方向包括:物聯(lián)網(wǎng)、服務(wù)計(jì)算、邊緣智能等。已主持國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、北京市自然科學(xué)基金等科研項(xiàng)目18項(xiàng);以第一/通訊作者在國(guó)內(nèi)外著名期刊和會(huì)議發(fā)表學(xué)術(shù)論文60余篇,其中1篇獲得中國(guó)科協(xié)優(yōu)秀論文獎(jiǎng),2篇入選ESI熱點(diǎn)論文,4篇入選ESI高被引論文;出版學(xué)術(shù)專(zhuān)著1部;獲得國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利6項(xiàng)、軟件著作權(quán)4項(xiàng);獲得中國(guó)通信學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果一等獎(jiǎng)1項(xiàng)、廣東省計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)1項(xiàng)。擔(dān)任中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)(CCF)服務(wù)計(jì)算專(zhuān)委會(huì)委員,CCF和IEEE高級(jí)會(huì)員,電子學(xué)報(bào)、Chinese Journal of Electronics、Scientific Programming等期刊編委。聯(lián)系方式:[email protected]。