Otimização Estocástica de Longo Prazo de Energia em Redes Heterogêneas Assistidas por Gêmeo Digital

A computação em borda móvel (MEC) e as tecnologias de gêmeo digital (DT) têm sido reconhecidas como fatores habilitadores chave para a próxima geração de aplicações da Internet das Coisas (IoT) industrial. Nas obras existentes, as soluções de otimização de recursos de rede de borda assistidas por DT geralmente se concentram na otimização de desempenho de curto prazo, e a otimização de recursos a longo prazo não foi bem estudada. Assim, este artigo introduz uma rede de borda heterogênea assistida por gêmeo digital (DTHEN), visando minimizar o consumo de energia a longo prazo, otimizando conjuntamente a potência de transmissão e os recursos de computação. Para resolver o problema de otimização estocástica, propomos um esquema de minimização de energia ciente da fila a longo prazo (LQEM) para a gestão conjunta de comunicação e recursos de computação. O esquema proposto utiliza otimização de Lyapunov para transformar o problema original com restrições de tempo de longo prazo em um problema determinístico de limite superior para cada intervalo de tempo, desacopla-o em três subproblemas independentes e resolve cada subproblema separadamente. Em seguida, provamos teoricamente a optimalidade assintótica do esquema LQEM e o trade-off entre o consumo de energia do sistema e o atraso na fila de tarefas. Finalmente, resultados experimentais verificam a análise de desempenho do esquema LQEM, demonstrando sua superioridade em relação a vários esquemas de referência, e revelam o impacto de vários parâmetros sobre o sistema.