Клименко Анна Борисовна, доцент кафедры «Фундаментальная и прикладная математика», кандидат технических наук
117534, Москва, ул. Кировоградская, д. 25 корп 2
Anna B Klimenko, associated professor of the Fundamental and Applied Mathematics Department, Cand.Sci. (Engineering)
25, Kirovogradskaya St., Moscow, 117534
Introduction. At present, the concepts of fog and edge computing are used in a wide range of applications of various kinds. One of the key problems in the organization of computing in groups of mobile devices that make up the edge/fog layer is the mission assurance based on battery power availability. In this context, a lot of developments aimed at energy saving of device systems have been presented to date. However, one important aspect remains beyond the consideration of the problem of resource saving, namely, the issue of saving the residual resource of a computing device. The aim of this research is to formalize the workload distribution problem as two-criteria optimization problem, and to develop the basic solution technique.Materials and Methods. Within the framework of this article, an approach to resource saving is proposed. It is based on the evaluation of two device criteria: battery life and residual resource of a computing device. The residual resource of a computing device can be estimated using the probability of failure-free operation of the device, or as the reciprocal of the failure rate, taking into account that the exponential law of failure distribution is used in the simulation. From this, a model of the problem of two-criteria optimization is formulated, taking into account the dynamics of the network topology in the process of performing a user mission. The topology dynamics is reflected in the model as a sequence of topologies, each of which corresponds to a certain period of time of the system operation.Results. Based on the proposed model of the two-criteria optimization problem, a method was proposed for resource saving in the edge and foggy layers of the network. It reflected the specifics of the dynamic layers of the network, and also took into account the importance of the criteria for estimating the consumption of device resources. An experiment was conducted to evaluate the impact of the method of distributing tasks over a network cluster on the probability of failure-free operation of devices and on the average residual resource.Discussion and Conclusions. The conducted experiment has demonstrated the feasibility of using the developed method, since the distribution of tasks among executing devices had a significant impact (up to 25 % according to the results of the experiment) on the average residual resource of a computing device.
Введение. В настоящее время концепции туманных и краевых вычислений используются широким кругом приложений самой различной направленности. Одной из ключевых проблем организации вычислений в группах мобильных устройств, составляющих краевой/туманный слой, является обеспечение выполнения миссии на основе наличия заряда батареи. В связи с этим к настоящему времени представлено немало разработок, направленных на энергосбережение систем устройств. Однако очень важный аспект остается за рамками рассмотрения проблемы ресурсосбережения, а именно — вопрос сбережения остаточного ресурса вычислительного устройства. Целью данного исследования является формализация задачи распределения нагрузки как двухкритериальной задачи оптимизации и выбор базового метода ее решения.Материалы и методы. В рамках данной статьи предлагается подход к ресурсосбережению на основе оценивания двух критериев устройств: ресурса батареи и остаточного ресурса вычислительного устройства. Остаточный ресурс вычислительного устройства может быть оценен при помощи значений вероятности безотказной работы устройства или как величина, обратная интенсивности отказов с учетом того, что при моделировании используется экспоненциальный закон распределения отказов. На основе этого сформулирована модель задачи двухкритериальной оптимизации с учетом динамики топологии сети в процессе выполнения пользовательской миссии. Динамика топологии отражена в модели как последовательность топологий, каждая из которых соответствует определенному отрезку времени функционирования системы.Результаты исследования. На основании представленной модели задачи двухкритериальной оптимизации предложен метод обеспечения ресурсосбережения в краевом и туманном слое сети, отражающий специфику динамических слоев сети, а также учитывающий важность критериев оценивания расхода ресурсов устройств. Проведен эксперимент, позволяющий оценить влияние способа распределения задач по сетевому кластеру на вероятность безотказной работы устройств и на средний остаточный ресурс.Обсуждение и заключения. Проведенный эксперимент демонстрирует целесообразность применения разработанного метода, поскольку распределение задач по исполняющим устройствам оказывает существенное влияние (до 25 % по итогам эксперимента) на средний остаточный ресурс вычислительного устройства.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.