[论文解读] IoT service slicing and task offloading for edge computing

Jae-Young Hwang, Lionel Nkenyereye+3 more|arXiv (Cornell University)|Aug 24, 2020

IoT and Edge/Fog Computing参考文献 38被引用 5

一句话总结

本文提出了一种基于边缘的物联网服务切片与任务卸载框架，通过MEC和网络切片技术在边缘节点上虚拟化物联网服务，消除了云回传，从而降低延迟。实验结果表明，与基于云的物联网平台相比，传输时间减少了两倍，证明了在网络边缘实现低延迟、高效的服务管理的可行性。

ABSTRACT

With the advancement of IoT technology, various domains such as smart factories, smart cities and smart cars use the IoT to provide value-added services. In addition, technologies such as MEC and network slicing provide another opportunity for the IoT to support more advanced and real-time services that could not have been previously supported. However, the simple integration of such technologies into the IoT does not take full advantage of MEC and network slicing or the reduction of latency and traffic prioritization, respectively. Therefore, there is a strong need for an efficient integration mechanism for IoT platforms to maximize the benefit of using such technologies. In this article, we introduce a novel architectural framework that enables the virtualization of an IoT platform with minimum functions to support specific IoT services and host the instance in an edge node, close to the end-user. As the instance provides its service at the edge node where the MEC node and network slice are located, the traffic for the end-user does not need to traverse back to the cloud. This architecture guarantees not only low latency but also efficient management of IoT services at the edge node. To show the feasibility of the proposed architecture, we conduct an experimental evaluation by comparing the transmission time of both IoT services running on the central cloud and those using sliced IoT functions in the edge gateway. The results show that the proposed architecture provides two times faster transmission time than that from the conventional cloud-based IoT platform.

研究动机与目标

• 为解决传统基于云的物联网平台在提供低延迟、实时服务方面的局限性。
• 实现MEC与网络切片技术在物联网平台中的高效集成，以优化性能。
• 通过在靠近终端用户的边缘节点上托管物联网服务实例，降低端到端延迟。
• 提供一种虚拟化、轻量级的物联网平台架构，支持在网络边缘部署特定服务。
• 评估边缘托管服务切片相较于集中式云部署的可行性与性能提升。

提出的方法

• 设计了一种新型架构框架，对物联网服务进行最小化功能虚拟化，以实现其在边缘节点上的部署。
• 集成多接入边缘计算（MEC）与网络切片技术，实现低延迟、优先级化的流量处理。
• 在MEC与网络切片共驻的边缘网关上托管物联网服务实例，避免经过云网络。
• 采用任务卸载机制，将用户请求直接路由至边缘托管的服务实例，实现更快处理。
• 通过原型实现，对比基于云与基于边缘的物联网服务执行的传输时间。
• 应用实验评估，测量并验证在真实环境下性能的提升。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何高效地在边缘网络虚拟化并部署物联网服务，以减少延迟？
• RQ2 MEC与网络切片技术在物联网平台中可实现多大程度的集成，以增强实时服务交付能力？
• RQ3 与云相比，将物联网任务卸载至边缘节点可实现多大的性能提升？
• RQ4 在传输时间方面，基于边缘的服务切片与传统的基于云的物联网架构相比有何差异？
• RQ5 能否在保持服务质量的前提下，有效在边缘节点上托管轻量级功能的物联网平台？

主要发现

• 所提出的基于边缘的架构相比传统的基于云的物联网平台，将传输时间减少了两倍。
• 通过在边缘节点上托管物联网服务实例，系统消除了对云回传流量的需求，显著降低了延迟。
• MEC与网络切片的集成实现了高效的流量优先级处理与低延迟服务交付。
• 实验评估证实了在边缘部署切片化物联网功能的可行性和性能优势。
• 虚拟化、轻量级的物联网平台在实时物联网服务场景中实现了高效率与高响应性。
• 结果表明，对于延迟敏感的应用，边缘部署是集中式云架构的可行且更优的替代方案。