Dynamic Energy-Saving Offloading Strategy Guided by Lyapunov Optimization for IoT Devices

Lyapunov优化 计算机科学 能源消耗 移动边缘计算 计算卸载 最优化问题 边缘计算 架空(工程) 服务器 分布式计算 计算机网络 嵌入式系统 物联网 算法 李雅普诺夫方程 操作系统 人工智能 李雅普诺夫指数 生物 混乱的 生态学
作者
Zhao Tong,Jinhui Cai,Jing Mei,Keqin Li,Keqin Li
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:9 (20): 19903-19915 被引量:5
标识
DOI:10.1109/jiot.2022.3168968
摘要

In the Internet of Everything era, various Internet of Things (IoT) devices have become popular, and the number of computing-intensive applications has increased substantially. As an emerging technology, mobile-edge computing (MEC) gives network edge nodes stronger computing and storage capabilities, bringing users a good Quality of Experience (QoE). By offloading some computing tasks to the edge for processing, the burden on IoT devices can be effectively reduced. However, this approach exacerbates the computing and storage resource depletion of the MEC server and the bandwidth and transmission cost of the wireless link used to offload computing tasks. Additionally, making an offloading decision online without future system status information is a considerable challenge. Therefore, we should study and design a reasonable offloading strategy to reduce the additional overhead, which is of significance. We establish a virtual queue model to describe the workload offloading problem of IoT devices in a two-layer MEC network. This is a stochastic optimization problem. Based on Lyapunov optimization, we transform the research problem into a deterministic optimization problem. A Lyapunov online energy consumption optimization algorithm (LOECOA) is proposed to effectively balance the system’s queue backlog and energy consumption. Based on theoretical analysis and a large number of experimental and numerical results, our algorithm performs better on energy consumption while satisfying the system constraints under a dynamic task arrival rate.

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