[论文解读] 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 6

一句话总结

本文提出在异构网络（HetNets）中采用上下行链路分离接入，以降低移动边缘计算（MEC）系统中的端到端卸载延迟。通过允许上行链路和下行链路连接关联到不同的基站（利用随机几何分析），即使在两个基站之间增加了回传延迟的情况下，仍能实现比传统耦合关联更低的延迟。

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.

研究动机与目标

• 为解决尽管增强型基站物理位置接近，但在移动边缘计算（MEC）系统中实现低延迟任务卸载的挑战。
• 探究在异构网络（HetNets）中分离上行链路与下行链路关联是否能够降低端到端卸载延迟。
• 比较基于MEC的卸载方案中，分离接入与传统耦合关联方案的性能表现。
• 量化分离接入架构中回传延迟与无线链路增益之间的权衡。

提出的方法

• 利用随机几何工具，为采用上下行链路分离关联的MEC系统建模卸载延迟。
• 将网络建模为具有多层基站（BSs）的异构蜂窝网络，分别用于上行链路和下行链路。
• 假设上行链路和下行链路分别关联到不同的基站，从而实现无线接入的独立优化。
• 利用随机几何的典型结果，推导出在分离关联下的覆盖概率与平均卸载延迟。
• 将推导出的延迟与传统耦合关联方案（即上行链路和下行链路均关联到同一基站）进行比较。
• 在延迟模型中考虑了服务上行链路与下行链路基站之间的额外回传延迟。

实验结果

研究问题

• RQ1 与传统耦合关联相比，HetNets中的上下行链路分离关联是否能够降低MEC系统中的端到端卸载延迟？
• RQ2 在分离接入中，上行链路与下行链路服务基站之间的回传延迟对整体卸载延迟有何影响？
• RQ3 在MEC卸载中，分离接入带来的无线链路质量提升收益，与基站间回传信令开销相比如何？
• RQ4 在何种网络条件下，分离接入在延迟方面优于耦合关联？
• RQ5 在分离MEC卸载中，无线链路性能与回传开销之间存在何种权衡？

主要发现

• 采用上下行链路分离关联的基于MEC的卸载方案，其端到端卸载延迟低于传统的耦合关联方案。
• 尽管在上行链路与下行链路服务基站之间引入了额外的回传延迟，但由于无线链路质量的提升，整体延迟仍得以降低。
• 分离接入带来的增益足够大，足以抵消回传通信开销在延迟预算中的成本。
• 随机几何分析证实，在典型网络条件下，分离关联能够提高覆盖概率并降低延迟。
• 该方案在密集HetNets中尤为有效，因为不同层级之间的无线链路质量差异显著。
• 即使回传延迟不可忽略，性能增益依然稳健，表明分离接入在真实MEC部署中具有实际可行性。