面向物聯(lián)網(wǎng)的移動邊緣計算多維QoS評價與優(yōu)化綜述
中文題目：面向物聯(lián)網(wǎng)的移動邊緣計算多維QoS評價與優(yōu)化綜述
論文題目：Multi-dimensional QoS Evaluation and Optimization of Mobile Edge Computing for IoT: A Survey
錄用期刊/會議：Chinese Journal of Electronics (CCF國內(nèi)期刊T1類，中科院大類4區(qū)，JCR Q3)
原文DOI：10.23919/cje.2023.00.264
錄用時間：2024年1月23日
作者列表：
1）黃霽崴 中國石油大學（北京）人工智能學院 計算機科學與技術(shù)系 教授
2）劉芳正 中國石油大學（北京）人工智能學院 控制科學與工程專業(yè) 博19
3）張建兵 中國石油大學（北京）人工智能學院 計算機科學與技術(shù)系 講師
摘要:
隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動邊緣計算（Mobile Edge Computing，MEC）已成為支持物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分析和處理的有前途的計算范式。在物聯(lián)網(wǎng)的MEC中，對服務質(zhì)量（Quality of Service，QoS）的差異化需求迅速增長，使QoS成為一個包含多種屬性的多維概念，如性能、可靠性、能效和經(jīng)濟因素。為了保證物聯(lián)網(wǎng)應用的QoS，多維QoS評估和優(yōu)化的理論與技術(shù)已成為MEC在物聯(lián)網(wǎng)研究和應用中的重要基礎(chǔ)和支撐技術(shù)，引起了學術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。本文旨在調(diào)研物聯(lián)網(wǎng)MEC多維QoS評估與優(yōu)化的現(xiàn)有研究，并為該領(lǐng)域的未來研究提供見解和指導。本文總結(jié)了物聯(lián)網(wǎng)場景中的多維多屬性QoS指標，然后介紹了幾種QoS評估方法。對于QoS優(yōu)化，概述了該領(lǐng)域的主要研究問題，并詳細說明了優(yōu)化模型及其相應的解決方案。我們注意到在人工智能賦能的物聯(lián)網(wǎng)場景中，邊緣智能正在蓬勃發(fā)展，闡述了與QoS評估和優(yōu)化相關(guān)的新研究課題和最新方法。我們討論了面臨的挑戰(zhàn)和未來的研究方向。
背景與動機:
隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及，物聯(lián)網(wǎng)MEC的QoS評估和優(yōu)化已引起學術(shù)界和工業(yè)界越來越多的關(guān)注。已有一些關(guān)于MEC的綜述通常側(cè)重于某些特定問題（如任務卸載、激勵機制和拍賣方案），或研究某一單一QoS指標（如能耗或安全性）。本文旨在從多維角度研究QoS問題，討論QoS評估與優(yōu)化的最新方法。同時，本文還試圖探討邊緣智能時代新興技術(shù)帶來的QoS管理挑戰(zhàn)，期望能激發(fā)未來的進一步研究。
主要內(nèi)容:
圖1 物聯(lián)網(wǎng)移動邊緣計算多維QoS評估與優(yōu)化綜述
如圖1所示，本文對物聯(lián)網(wǎng)MEC多維QoS評價和優(yōu)化問題進行了全面綜述。首先討論了多維QoS指標，將QoS指標分為四個維度，即性能、可靠性、能效和經(jīng)濟因素，其中，每個維度中還包含多個屬性。本文給出了各個屬性的定義，并討論了各個屬性之間存在的相互關(guān)系。
之后，本文調(diào)研并分類了QoS評價方法。QoS評價可以為系統(tǒng)的設計和優(yōu)化提供一個基準，QoS評價的主要任務是分析系統(tǒng)配置、工作負載、決策等因素對QoS指標的影響。目前廣泛采用的QoS評價方法可分為三類，即基于測量的方法、基于仿真的方法和基于分析的方法，本文總結(jié)了不同QoS評價方法的優(yōu)缺點。
在進行QoS評價后，下一步是根據(jù)用戶或服務提供商的需求來優(yōu)化QoS指標。本文從QoS優(yōu)化的角度出發(fā)，討論了任務卸載、資源分配、邊緣緩存、服務遷移、用戶分配、協(xié)同計算、定價激勵等研究問題，并介紹了常見的QoS優(yōu)化模型及其相應的解決方案，其中，QoS優(yōu)化的基本步驟主要包括：1）構(gòu)建優(yōu)化模型，2）使用特定方案或算法求解模型。優(yōu)化模型可分為兩類：一類是可以通過數(shù)學方法或數(shù)值法解決的靜態(tài)優(yōu)化模型，另一類是可以使用迭代算法或智能優(yōu)化方法解決的動態(tài)優(yōu)化模型。針對不同的優(yōu)化模型，總結(jié)了現(xiàn)有研究常用的靜態(tài)和動態(tài)優(yōu)化方法，并比較了靜態(tài)和動態(tài)優(yōu)化方法的優(yōu)缺點。
最后，如何評估和優(yōu)化邊緣智能中的QoS是最具挑戰(zhàn)性的任務之一，本文列舉了一些新興的邊緣智能技術(shù)，討論了其中的QoS評估和優(yōu)化問題，并針對邊緣智能場景提供了一些關(guān)于未來研究方向的探討和展望。
總結(jié)：
本文對物聯(lián)網(wǎng)移動邊緣計算多維服務質(zhì)量（QoS）評價與優(yōu)化的現(xiàn)有研究進行了綜述。QoS評價方面，總結(jié)了多維多屬性QoS指標，介紹了QoS評價方法。QoS優(yōu)化方面，總結(jié)了主要研究問題，介紹了優(yōu)化模型及相應的解決方案。最后，探討了邊緣智能時代QoS評價與優(yōu)化相關(guān)的新課題和新方法，并討論了面臨的挑戰(zhàn)和未來的研究方向。
作者簡介:
黃霽崴，教授，博士生導師，中國石油大學（北京）人工智能學院副院長，石油數(shù)據(jù)挖掘北京市重點實驗室主任。入選北京市優(yōu)秀人才、北京市科技新星、北京市國家治理青年人才、昌聚工程青年人才、中國石油大學（北京）優(yōu)秀青年學者。本科和博士畢業(yè)于清華大學計算機科學與技術(shù)系，美國佐治亞理工學院聯(lián)合培養(yǎng)博士生。研究方向包括：物聯(lián)網(wǎng)、服務計算、邊緣智能等。已主持國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃、北京市自然科學基金等科研項目18項；以第一/通訊作者在國內(nèi)外著名期刊和會議發(fā)表學術(shù)論文60余篇，其中1篇獲得中國科協(xié)優(yōu)秀論文獎，2篇入選ESI熱點論文，4篇入選ESI高被引論文；出版學術(shù)專著1部；獲得國家發(fā)明專利6項、軟件著作權(quán)4項；獲得中國通信學會科學技術(shù)一等獎1項、中國產(chǎn)學研合作創(chuàng)新成果一等獎1項、廣東省計算機學會科學技術(shù)二等獎1項。擔任中國計算機學會(CCF)服務計算專委會委員，CCF和IEEE高級會員，電子學報、Chinese Journal of Electronics、Scientific Programming等期刊編委。聯(lián)系方式：huangjw@cup.edu.cn。