[論文レビュー] Achieving Low-Latency Mobile Edge Computing by Uplink and Downlink Decoupled Access in HetNets.

Ali Al-Shuwaili, Ahmed Q. Lawey|arXiv (Cornell University)|Sep 13, 2018

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 8被引用数 6

ひとこと要約

本稿では、モバイルエッジコンピューティング（MEC）システムにおけるエンドツーエンドのオフロード遅延を低減するため、異種ネットワーク（HetNets）における上行リンクおよび下行リンクの分離アクセスを提案する。確率的幾何解析を活用して上行リンクと下行リンクの接続を異なる基 station（BS）に割り当てることで、従来の結合型アソシエーションと比較して遅延を低減するが、2つのBS間のバックホール遅延が追加される点を除いては、より低い遅延を達成する。

ABSTRACT

Despite the physical proximity of computationally-enhanced Base Stations (BSs) in Mobile Edge Computing (MEC) systems, achieving an end-to-end low-latency for computations offloading is still a critical design problem. This is because the offloading of computational tasks via the MEC or cloudlet servers entails the use of uplink and downlink radio links that are usually assumed to be coupled to a single BS. However, for heterogeneous networks, a new architectural paradigm whereby uplink and downlink are not associated with the same BS is proposed and seen to provide gains in network throughput. Motivated by such gains, and by using typical results from stochastic geometry, we formulate the offloading latency for the MEC-based scheme with decoupled UL/DL association, or decoupled access, and compare its performance to the conventional coupled or single association scheme. Despite the extra backhaul delay necessary for the communication between the two serving BSs in UL and DL, the MEC-based offloading scheme with decoupled association is still capable of providing a fairly lower offloading latency as compared to the conventional offloading scheme with coupled association.

研究の動機と目的

• 強化された基 station の物理的接近にもかかわらず、モバイルエッジコンピューティング（MEC）システムにおける低遅延タスクオフロードを達成する課題に対処すること。
• 異種ネットワーク（HetNets）における上行リンクと下行リンクのアソシエーションを分離することで、エンドツーエンドのオフロード遅延を低減できるかどうかを調査すること。
• MECベースのオフロード方式における分離アクセスと従来の結合型アソシエーションの性能を比較すること。
• 分離アクセスアーキテクチャにおけるバックホール遅延と無線リンクゲインのトレードオフを定量化すること。

提案手法

• 確率的幾何ツールを用いて、上行リンクおよび下行リンクの分離アソシエーション下でのMECベースのシステムにおけるオフロード遅延を定式化する。
• 上行リンクと下行リンクに複数の階層の基 station（BS）を備えた異種セルラーネットワークとしてネットワークをモデル化する。
• 上行リンクと下行リンクが異なるBSに接続されることを仮定し、無線アクセスの独立した最適化を可能にする。
• 確率的幾何の典型的な結果を用いて、分離アソシエーション下でのカバレッジ確率および平均オフロード遅延を導出する。
• 導出された遅延を、上行リンクと下行リンクが同じBSにリンクされる従来の結合型アソシエーション方式の遅延と比較する。
• 遅延モデルに、上行リンクと下行リンクのサービスを受けるBS間の追加のバックホール遅延を組み込む。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 HetNetsにおける上行リンクと下行リンクの分離アソシエーションは、従来の結合型アソシエーションと比較して、MECシステムにおけるエンドツーエンドのオフロード遅延を低減できるか？
• RQ2 分離アクセスにおける上行リンクおよび下行リンクのサービスを受けるBS間のバックホール遅延が、全体のオフロード遅延に与える影響は何か？
• RQ3 分離アクセスによる無線リンク品質の向上は、MECオフロードにおけるBS間バックホール信号伝送のコストと比較して、どの程度の利点をもたらすか？
• RQ4 どのようなネットワーク環境下で、分離アクセスが遅延の観点から結合型アソシエーションを上回るか？
• RQ5 分離MECオフロードにおける無線リンク性能とバックホールオーバーヘッドのトレードオフは何か？

主な発見

• 上行リンクと下行リンクの分離アソシエーションを採用したMECベースのオフロード方式は、従来の結合型アソシエーション方式よりも低いエンドツーエンドのオフロード遅延を達成する。
• 上行リンクと下行リンクのサービスを受けるBS間の追加のバックホール遅延が生じるが、無線リンク品質の向上のおかげで、全体の遅延は依然として低減される。
• 分離アクセスによる利点は、遅延予算におけるBS間バックホール通信のコストを上回るほど顕著である。
• 確率的幾何解析により、典型的なネットワーク条件下で分離アソシエーションがカバレッジ確率を向上させ、遅延を低減することが確認された。
• 特に無線リンク品質が階層間で著しく変動する密度の高いHetNetsでは、本提案方式が顕著な効果を示す。
• バックホール遅延が無視できない場合でも、性能向上は安定しており、実世界のMEC展開における分離アクセスの実用的妥当性を示している。