Otimização Conjunta da Colocação de Cache de Serviço e Descarregamento de Computação em Sistemas de Computação de Borda Móvel

Em sistemas de computação de borda móvel (MEC), o cache de serviço de borda refere-se ao armazenamento prévio dos programas necessários para a execução de tarefas computacionais nos servidores MEC. O cache de serviço reduz efetivamente o atraso em tempo real/custo de largura de banda na aquisição e inicialização de aplicações de serviço quando as tarefas computacionais são descarregadas para os servidores MEC. O espaço de cache limitado em servidores de borda com recursos restritos exige um projeto cuidadoso da colocação do cache para determinar quais programas armazenar ao longo do tempo. Este é, em geral, um problema complicado que se correlaciona fortemente com as decisões de descarregamento de tarefas computacionais, ou seja, se uma tarefa deve ou não ser descarregada para execução na borda. Neste artigo, consideramos um único servidor de borda que auxilia um usuário móvel (MU) na execução de uma sequência de tarefas computacionais. Em particular, o MU pode carregar e executar seus programas personalizados no servidor de borda, enquanto o servidor pode armazenar seletivamente os programas gerados anteriormente para reutilização futura. Para minimizar o atraso computacional e o consumo de energia do MU, formulamos um programa de programação não linear inteira mista (MINLP) que otimiza conjuntamente a colocação do cache de serviço, as decisões de descarregamento de computação e a alocação de recursos do sistema (por exemplo, frequência de processamento da CPU e potência de transmissão do MU). Para enfrentar o problema, primeiro derivamos as expressões de forma fechada das soluções ótimas de alocação de recursos e, subsequentemente, transformamos o MINLP em um programa de programação linear inteira pura 0-1 (ILP) equivalente que é muito mais simples de resolver. Para reduzir ainda mais a complexidade na resolução do ILP, exploramos as estruturas subjacentes dos modelos de causalidade de cache e dependência de tarefas e, de acordo, elaboramos uma técnica de minimização alternada de complexidade reduzida para atualizar alternadamente a colocação do cache e a decisão de descarregamento. Simulações extensivas mostram que as técnicas de otimização conjunta propostas alcançam economias substanciais de recursos do MU em comparação com outros métodos de referência representativos considerados.