Mobility-Aware Dependent Task Offloading in Edge Computing: A Digital Twin-Assisted Reinforcement Learning Approach

计算机科学 强化学习 移动边缘计算 任务(项目管理) 边缘计算 GSM演进的增强数据速率 移动计算 人机交互 分布式计算 计算机网络 多媒体 人工智能 经济 管理
作者
Xiangchun Chen,Jiannong Cao,Yuvraj Sahni,Mingjin Zhang,Zhixuan Liang,Lei Yang
出处
期刊:IEEE Transactions on Mobile Computing [IEEE Computer Society]
卷期号:24 (4): 2979-2994 被引量:19
标识
DOI:10.1109/tmc.2024.3506221
摘要

Collaborative edge computing (CEC) has emerged as a promising paradigm, enabling edge nodes to collaborate and execute tasks from end devices. Task offloading is a fundamental problem in CEC that decides when and where tasks are executed upon the arrival of tasks. However, the mobility of users often results in unstable connections, leading to network failures and resource underutilization. Existing works have not adequately addressed joint mobility-aware dependent task offloading and network flow scheduling, resulting in network congestion and suboptimal performance. To address this, we formulate an online joint mobility-aware dependent task offloading and bandwidth allocation problem, to improve the quality of service by reducing task completion time and energy consumption. We introduce a Mobility-aware Digital Twin-assisted Deep Reinforcement Learning (MDT-DRL) algorithm. Our digital twin model equips the reinforcement learning process by providing future states of mobile users, enabling efficient offloading plans for adapting to the mobile CEC system. Experimental results on real-world and synthetic datasets show that MDT-DRL surpasses state-of-the-art baselines on average task completion time and energy consumption.
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