İki-sınıflı mobil kenar bilişim sistemleri için uyarlanır bir aktarma karar yöntemi


Öğrenci: KAHLAN HASAN

Danışman: Mehmet Akif Yazıcı

Özet:

Internet’e baglı cihaz sayısında ve toplam veri trafiğinde görülen önemli artışla birlikte bulut servislerinin yakın gelecekte ciddi yüklerle karşı karşıya kalması beklenmektedir. Bunun üstesinden gelinebilmesi amacıyla kenar bilişim sistemleri önerilmiştir. Kenar bilişim sistemlerinde, agın kenarında yer alan erişim noktası veya baz istasyonu gibi cihazların mobil cihazlarda ortaya çıkan hesaplama işlerinin bir bölümünü yürüterek, sonucunu cihazda kullanılması gerektigi durumda cihaza, buluta gönderilmesi gerektigi durumda ise buluta yönlendirmesi öngörülmektedir. Hesaplama kaynaklarının merkezi buluttan ag kenarına doğru getirildiği bu yöntemle birlikte hem buluttaki iş yükünün azaltılması, hem de gecikme sürelerinin azaltılması mümkün olabilecektir.


Aktarma problemi, bir mobil cihazda ortaya çıkan bir hesaplama işinin lokal olarak mobil cihazda mı yoksa kenar sunucuda mı yürütülecegi kararının verilmesi problemidir. Literatürde çeşitli parametreleri göz önüne alan aktarma algoritmaları önerilmiştir. Sık kullanılan parametreler arasında gecikme zamanı, enerji tüketimi, ve bunların hibrit olarak eniyilenmesi sayılabilir. Literatürde yer alan çalışmaları

ayıran farklılıklar, eniyileme hedef fonksiyonunun yanı sıra, incelenen sistemde de yatmaktadır. Bir işlem, aktarım yapıldıgında tamamen kenar sunucusuna devrediliyorsa, bu ikili aktarım olarak adlandırılır. Öte yandan, bazı işlemler, parçalara ayrılarak kısmen mobil cihazda, kısmen de kenar sunucusunda yürütülebilir. Bu yöntem ise kısmi aktarım olarak adlandırılır. Kısmi aktarımın verimli işlemesi için hesaplama işinin karakteristiginin detaylı olarak bilinmesi gereklidir. Bu amaç için, hesaplama işinin alt parçalarının birbirlerine bagımlılıklarını gösteren çağrı çizgeleri kullanılır. Verili bir çagrı çizgesi için en iyi kısmi aktarım çözümü üretmeyi hedefleyen algoritmalar literatürde mevcuttur. Bunun yanısıra, birden fazla kenar sunucusu oldugunu varsayan, mobil kullanıcı davranışının statik veya rassal olduğunu varsayan, sunucunun ve/veya mobil kullanıcıların enerji tüketimini azaltmayı önceleyen, ve farklı enerji tüketim modelleri kullanan çeşitli çalışmalar da bulunmaktadır. Tüm

bu çalışmalarda matematiksel araç olarak genellikle eniyileme kuramı veya oyun kuramından yararlanıldıgı görülmektedir.


Bu çalışmada, tek kenar sunucusu olan bir sistemde, hesaplama işi üretme bakımından rassal davranan mobil cihazların, yüksek ve düşük öncelikli iki sınıfa ayrıldıkları bir senaryo incelenmiştir. İkili aktarım uygulandıgı varsayılmıştır. Aktarım kriteri olarak hesaplama işinin üretildikteki andan itibaren, hesaplanıp kenar sunucusuna aktarıldığı ana kadar geçen sürenin enküçüklenmesi seçilmiştir. Bu senaryoda artırılmış gerçeklik, sanal gerçeklik, çevrimiçi oyun, veya video görüşme gibi bir çokluortam uygulamasının video kodlama işleri ürettigi varsayılmıştır. Kodlama sonucu ortaya çıkan veri, ham veriden küçüktür. Dolayısıyla, aktarım yapılmadıgı durumda hesaplama işinin sistemde geçirdigi süre, videonun mobil cihazda kodlanması ve kodlanmış verinin kenar sunucusuna gönderilmesi için geçen süredir. Buna karşılık, aktarım yapıldıgında bu süre, ham videonun kenar sunucusuna gönderilmesi ve burada kodlanmasından oluşacaktır.


Kenar sunucusunda agırlıklı round-robin çizelgeleme yapıldığı varsayılmıştır. Buna göre sunucuda servis alan aynı sınıfa ait hesaplama işleri, küçük periyotlarda eşit miktar servis alırlar. Buna karşılık yüksek öncelikli işler, her roundda düşük öncelikli olanların h katı kadar hizmet alır. Round robin çizelgeleme, zaman biriminin sıfıra gittigi limit durumunda işlemci-paylaşımı modeline dönüşür. Kuyruk kuramından bilindigi üzere, işlemci-paylaşımı sistemlerinde herbir işin sistemde kalma zamanı, işin uzunlugu ile doğru orantılıdır. Bu bakımdan, her bir iş için aktarım kararı verilirken hesaplanması gereken sunucuda geçen hesaplama zamanı, bir kuyruklama katsayısı ile modellenebilir. Bu kuyruklama katsayısı, düşük öncelikli kullanıcılar için yüksek öncelikli kullanıcılara göre h kat büyük alınmaktadır. Böylece bu katsayı ile hem bir kabul mekanizması, hem de servis ayrımı gerçekleştirilmiştir.


Bu sistem modeli için bir benzetim programı yazılmış ve çeşitli senaryolar için sayısal sonuçlar elde edilmiştir. Öncelikli olarak iki sınıf arasında hizmet kalitesi ayrımını saglayabilecek, ancak yüksek öncelikli işlerin performansını düşürmeyecek en iyi kuyruklama katsayısının bulunması için, bu katsayını çeşitli degerleri için sistemde kalınan ortalama süre istatistigi elde edilmiştir. Buna göre örnek bir senaryoda bu katsayının alması gereken deger hakkında çıkarımlar yapılmıştır. Ayrıca aynı senaryo için mobil cihazın enerji tüketimi grafikleri de elde edilmiştir. Bu senaryoda h parametresinin başarıma etkisi de incelenmiş ve bir üst sınır bulunmuştur.


Her senaryo için bu katsayının en iyi degerinin değişeceği açıktır. Bu bakımdan bu en iyi degeri yakalayan uyarlanır bir algoritma önerilmiştir. Bu algoritmaya göre, bu katsayı ilk degeri 1 olmak üzere çalışmaya başlanır. Her bir işlem sistemi terk ettiginde, sistemde kaldığı süre, işin uzunluğuna bölünerek bu işin deneyimlediği katsayı degeri elde edilir. Bu değer kullanılarak, katsayı değeri güncellenir. Bu yöntemin sistem dinamiklerini yakaladıgı ve değişken senaryolarada uyum gösterdiği gösterilmiştir. Bu senaryoda, degişen iş yükleri, yüksek öncelikli mobil kullanıcı sayısı ve h parametresi degerleri için sonuçlar elde edilmiştir.


Daha gerçekçi iş üretim modellerinin yer aldıgı modeller, ve enerji tüketiminin de aktarım kararına entegre edildigi algoritmalar, gelecek çalışmaların konusu olacaktır.