Long-Term Energy Consumption Optimization-Based Task Offloading Algorithm for Satellite-IoT Systems

计算机科学 Lyapunov优化 资源配置 移动边缘计算 马尔可夫决策过程 能源消耗 最优化问题 排队 分布式计算 数学优化 服务器 实时计算 算法 马尔可夫过程 计算机网络 人工智能 工程类 数学 李雅普诺夫方程 李雅普诺夫指数 电气工程 混乱的 统计
作者
Rong Chai,S. X. Zhang,Wenhang Jiang
标识
DOI:10.1109/pimrc56721.2023.10293930
摘要

Deploying edge computing servers on satellites to provide computing services for Internet of thing (IoT) devices will be an indispensable example for satellite IoT (SIoT) systems. In this paper, we study task offloading problem for SIoT systems. Considering the IoT devices and satellites task queue state and satellite-ground channel state, under the conditions of meeting the limited computing resources and transmit power, and the queue stability, the task offloading problem for SIoT systems is formulated as a minimizing the long-term average system energy consumption problem. In order to solve this problem, We first use Lyapunov optimization method to decouple the joint optimization problem into three subproblems, i.e., computing resource allocation subproblem of IoT devices, computing resource allocation subproblem of satellites, joint task offloading and power allocation subproblem. For computing resource allocation subproblems, we apply Lagrange dual algorithm to solve them. To solve joint task offloading and power allocation subproblem, we formulate it as a Markov decision process (MDP), and propose a parameterized deep Q-network (PDQN)-based task offloading and power allocation algorithm. Finally, the simulation results show that the proposed algorithm has good performance in optimizing the long-term average system energy consumption.

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