Joint Offloading Decision, User Association, and Resource Allocation in Hierarchical Aerial Computing: Collaboration of UAVs and HAP

计算机科学 资源配置 资源管理(计算) 接头(建筑物) 联想(心理学) 数据关联 决策支持系统 资源(消歧) 分布式计算 计算机网络 人工智能 工程类 建筑工程 哲学 认识论 概率逻辑
作者
Ahmadun Nabi,Sangman Moh
出处
期刊:IEEE Transactions on Mobile Computing [IEEE Computer Society]
卷期号:24 (8): 7267-7282 被引量:9
标识
DOI:10.1109/tmc.2025.3548668
摘要

In recent years, applications are becoming increasingly computation-intensive and delay-sensitive owing to the rapid growth of Internet of Things (IoT) devices among ground users (GUs). Mobile edge computing (MEC) presents crucial computational support, but conventional MEC services often fail in remote areas and in disaster scenarios. This study presents a hierarchical aerial computing platform leveraging uncrewed aerial vehicles (UAVs) and high-altitude platform (HAP) to meet the computation demands and latency requirements of various IoT applications for GUs. We propose a joint offloading decision, user association, and resource allocation (JOUR) scheme, utilizing binary offloading from GUs to UAVs and partial offloading from UAVs to HAP. The proposed scheme minimizes the energy consumption and latency while maximizing the load balancing. A matching game-based algorithm addresses the GUs offloading decision and GUs-UAVs association, followed by an enhanced soft actor-critic (ESAC) algorithm for UAV partial offloading decision, UAV computation resource allocation, and HAP computation resource allocation. Our simulation results demonstrate the effectiveness of the JOUR scheme in reducing the energy consumption and latency, while improving the load balancing and task completion rates. This demonstrates its potential for optimizing the hierarchical aerial computing platforms in dynamic IoT environments.
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