Đang tải... (xem toàn văn)
Phương Pháp Đảm Bảo Độ Trễ Dịch Vụ Trong Mạng Điện Toán Biên Di Động Phân Tầng Nguyễn Trung Đức, Nguyễn Nam Hoàng* Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội Email duccay1906@gmail com, hoangnn[.]
Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) Phương Pháp Đảm Bảo Độ Trễ Dịch Vụ Trong Mạng Điện Toán Biên Di Động Phân Tầng Nguyễn Trung Đức, Nguyễn Nam Hồng* Trường Đại học Cơng nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội Email: duccay1906@gmail.com, hoangnn@vnu.edu.vn • Máy chủ đám mây (Cloud server): Cung cấp chức tính tốn dịch vụ cho người dùng Abstract— Mạng di động 5G mang lại gia tăng lớn lưu lượng truy cập nhu cầu tính tốn Điện tốn biên di động (MEC) cơng nghệ quan trọng mạng 5G nhằm triển khai dịch vụ tính toán máy chủ biên mạng Tuy nhiên, có vấn đề xảy máy chủ biên mạng có khơng đủ lực để thực tính tốn khoảng thời gian u cầu dịch vụ Khi đó, nhiệm vụ tính tốn cần chuyển sang máy chủ phân tải phù hợp khác mạng MEC Trong báo này, đề xuất phương pháp lựa chọn máy chủ phân tải cho mạng điện toán biên di động phân tầng nhằm đảm bảo độ trễ dịch vụ Phương pháp lựa chọn máy chủ sử dụng ước lượng độ trễ hàng đợi máy chủ MEC để thực việc tìm máy chủ phân tải cho độ trễ dịch vụ nhỏ Kết mô cho thấy phương pháp lựa chọn máy chủ đề xuất mang lại hiệu tốt đảm bảo độ trễ dịch vụ so với việc không phân tải phương pháp phân tải tiết kiệm lượng [10] Keywords- Điện toán biên di động, độ trễ dịch vụ, phân tải, lựa chọn máy chủ I Hình 1: Kiến trúc tổng quan mạng MEC [2] GIỚI THIỆU Hệ thống MEC cung cấp hai loại dịch vụ [2]: • Dịch vụ hướng tới nhu cầu người dùng: để giảm tải cho thiết bị người dùng bao gồm giảm tải liệu (người dùng cần lưu trữ liệu) giảm tải tính tốn (người dùng cần tính tốn, xử lý nhiệm vụ) • Dịch vụ hướng tới máy chủ biên: để giải việc phân bổ quản lý tài nguyên tính tốn lưu trữ Ứng dụng điện tốn biên di động thấy lĩnh vực IoT để nâng cao chất lượng dịch vụ (QoS) việc giảm tải tính tốn cho thiết bị IoTs biên mạng mang lại hiệu độ trễ lượng tiêu thụ dẫn tới việc kéo dài tuổi thọ thiết bị IoT Các ứng dụng cho sản xuất công nghiệp nông nghiệp hưởng lợi từ việc triển khai MEC để tăng suất MEC đóng vai trị quan trọng lĩnh vực viễn thông hỗ trợ tối ưu lưu lượng mạng đóng vai trị quan trọng ngành kinh doanh khác dịch vụ, vận tải v.v… Việc triển khai hệ thống MEC có nhiều thách thức cần giải [5] khả kết nối, bảo mật, di động người dùng chất lượng dịch vụ Các nghiên cứu phân tải mạng MEC tập trung để giải vấn đề thực phân tải lựa chọn máy chủ phân tải với mục tiêu đạt hiệu lượng thiết bị di động [6, 7, 8, 10] Trong phạm vi Điện toán biên di động (MEC) công nghệ quan trọng mạng 5G để xử lý nhiệm vụ tính tốn gần với người dùng nút biên mạng truy nhập vô tuyến [1] nhằm khắc phục vấn đề điện tốn đám mây thơng thường, bao gồm giảm tải tính toán cho máy chủ đám mây trung tâm giảm độ trễ tính tốn cho dịch vụ dịch vụ điều khiển xe tự lái, thực tế ảo tăng cường v.v… [1, 2] Kiến trúc tổng quan hệ thống MEC minh họa hình Mạng điện toán biên di động bao gồm thành phần sau: • Thiết bị di động (mobile device) • Trạm gốc (base station): kết nối thiết bị di động với thành phần khác mạng kết nối với máy chủ biên (edge server) • Cloudlet: trung tâm liệu cỡ nhỏ thường triển khai địa điểm công cộng bệnh viện, trung tâm mua sắm v.v… [3] nhằm giảm độ trễ giảm tiêu thụ lượng cách sử dụng kết nối liệu di động với máy chủ đám mây gần [4] • Mạng lõi (Core Network) cung cấp chức điều khiển gọi chuyển mạch, quản lý phiên kết nối, tính cước, nhận thực v.v… ISBN 978-604-80-7468-5 243 Hội nghị Quốc gia lần thứ 25 Điện tử, Truyền thông Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2022) báo này, đề xuất phương pháp lựa chọn máy chủ phân tải để đảm bảo độ trễ dịch vụ mơ hình hệ thống MEC phân tầng [2, 9, 10] Phương pháp lựa chọn máy chủ phân tải đề xuất thực dựa việc ước lượng độ trễ hàng đợi máy chủ sử dụng thông tin độ trễ hàng đợi để thực tìm kiếm máy chủ phân tải cho tổng độ trễ nhỏ Bài báo cấu trúc sau Mơ hình mạng MEC phân tầng trình bày phần II Phần III trình bày phương pháp lựa chọn máy chủ phân tải đề xuất để đảm bảo độ trễ dịch vụ Kết mô đánh giá hiệu trình bày phần IV Các kết luận trình bày phần cuối II trước, tài ngun tính tốn cần thiết để thực nhiệm vụ ước lượng sau: rC=CI rN (2) Trong phạm vi báo này, nghiên cứu việc đảm bảo độ trễ dịch vụ cho thiết bị di động cố định di chuyển vùng phủ máy chủ truy nhập mạng điện tốn biên di động phân tầng (khơng xét tới vấn đề chuyển giao) Các thiết bị di động tìm kiếm kết nối tới máy chủ truy nhập có cường độ tín hiệu vơ tuyến mạnh Khi có u cầu tính tốn, người dùng gửi nhiệm vụ cần tính tốn kèm theo giới hạn độ trễ dịch vụ tối đa chấp nhận tới máy chủ truy nhập Máy chủ truy nhập định thực tính tốn nhiệm vụ phân tải lượng nhiệm vụ lên máy chủ khác có khả tính tốn cao để đảm bảo độ trễ dịch vụ cho người dùng Khi cần phân tải lên tầng cao hơn, máy chủ truy nhập cần thực tìm kiếm máy chủ phân tải phù hợp Độ trễ dịch vụ xử lý nhiệm vụ tính tốn bao gồm ba thành phần [10]: thời gian tính tốn, thời gian truyền dẫn thời gian hàng đợi Chúng ta bỏ qua độ trễ truyền dẫn vô tuyến người dùng nút truy nhập - Thời gian tính tốn (tcomp) MƠ HÌNH MẠNG ĐIỆN TOÁN BIÊN DI ĐỘNG PHÂN TẦNG tcomp = (3) xjC tài ngun tính tốn phân bổ cho nhiệm vụ (số vòng CPU/s) - Thời gian truyền dẫn (ttrans): ttrans = Hình 2: Mơ hình mạng MEC phân tầng Mơ hình mạng điện tốn biên phân tầng trình bày hình máy chủ tầng kết nối điểm – điểm tới tất máy chủ tầng hai Các máy chủ tầng hai tầng ba kết nối theo cấu hình hỗn hợp Các máy chủ MEC mơ hình mạng phân cấp có khả tính tốn khác tùy thuộc vào vị trí triển khai hiệu máy chủ [10] Các máy chủ có cấu hình mạnh thường triển khai rìa mạng lõi nút vô tuyến tầng Một thiết bị di động gửi nhiều nhiệm vụ tính toán tới máy chủ MEC tầng (máy chủ truy nhập) nhiệm vụ tính tốn người dùng mơ tả ba thông số sau [10]: 𝑇 = {𝑟𝐶, 𝑟𝑁, 𝜏𝑀} (1) Trong đó: 𝑟𝐶 : tài ngun tính tốn cần để thực nhiệm vụ (số vòng CPU) 𝑟𝑁 : độ lớn nhiệm vụ tính tốn (Mbits) 𝜏𝑀 : mức độ trễ dịch vụ tối đa nhiệm vụ (ms) Khi lựa chọn máy chủ phân tải, cần xem xét tới thơng số mật độ tính tốn (CI – Computational Intensity), xem số vòng CPU cần để xử lý đơn vị tính tốn Giá trị CI phản ánh mức độ phức tạp loại ứng dụng dựa yêu cầu tài nguyên tính tốn u cầu giảm tải liệu Với giá trị CI cho ISBN 978-604-80-7468-5 (4) Trong đó: rN: độ lớn nhiệm vụ tính tốn (Mbits) xi,jN băng thông mạng phân bổ cho người dùng (bits/s) - Thời gian hàng đợi (tqueue): Vì máy chủ thực nhiệm vụ thời điểm nên sử dụng mơ hình hàng đợi M/M/1, ta có: Tải hệ thống (system load , ρ