
Task Offloading Scheme Based on Comprehensive Trust Evaluation in Edge Computing
XIONG Xiao-feng, HUANG Chun-lan, YUE Guang-xue, DAI Ya-sheng, YANG Xiao-hui, YANG Zhong-ming
ACTA ELECTRONICA SINICA ›› 2022, Vol. 50 ›› Issue (9) : 2134-2145.
Task Offloading Scheme Based on Comprehensive Trust Evaluation in Edge Computing
In edge computing, waste of resources and inefficient offloading services are key issues caused by bad behaviors such as false deception and free-riding. To address the selfishness key issues, a task offloading scheme based on comprehensive trust evaluation(TOCTE) is proposed. By establishing nodes trust forgetting function, and taking task authenticity and nodes offloading cooperative behavior characteristics as constraints, the offloading request and cooperative trust evaluation models between nodes are constructed to identify and filter false tasks and bad cooperative nodes in the network. Particle swarm algorithm based on search discovery probability is designed to avoid the node overload caused by the repeatedly utilization of nodes, improve task offloading efficiency and resource utilization of edge computing. The simulation results show that the real task execution success rate and the lowest resource consumption rate of TOCTE are 59.22% and 6.35%. TOCTE model can effectively suppress and filter false tasks, and reduce resource consumption.
edge computing / trusted offloading / task filtering / comprehensive evaluation / particle swarm algorithm {{custom_keyword}} /
表1 节点任务过滤状态说明 |
任务 状态 | 状态描述: | 任务 状态 | 状态描述: | |
| 服务等待状态 | | 簇内信息接收状态 | |
| 节点关系识别状态 | | 任务特征信息更新状态 | |
| 卸载请求接受状态 | | 卸载请求信任更新状态 | |
| 卸载请求拒绝状态 | | 结束状态 | |
| 簇内任务卸载状态 |
表2 节点卸载服务决策状态说明 |
任务 状态 | 状态描述: | 任务 状态 | 状态描述: | |
| 服务等待状态 | | 任务卸载状态 | |
| 卸载协作信任更新状态 | | 节点特征信息更新状态 | |
| 信任关系判别状态 | | 行为信任更新状态 | |
| 协作节点选择状态 | | 结束状态 | |
| 卸载协商状态 |
表3 任务状态说明 |
任务 状态 | 状态描述: | 任务 状态 | 状态描述: | |
| 簇间卸载抉择状态 | | 簇内卸载执行状态 | |
| 簇间卸载等待状态 | | 任务执行状态 | |
| 簇间卸载执行状态 | | 任务完成状态 | |
| 簇内卸载抉择状态 | | 任务失败状态 | |
| 簇内卸载等待状态 | | 结束状态 |
表4 网络环境设置 |
测试组编号 | 网络规模 | 云服务器 | SN节点数 | 边缘计算簇数 | EN节点数 | 簇规模 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 5051 | 1 | 50 | 50 | 100 | 101 |
2 | 7071 | 1 | 70 | 70 | 100 | 101 |
3 | 10101 | 1 | 100 | 100 | 100 | 101 |
4 | 12121 | 1 | 120 | 120 | 100 | 101 |
5 | 15151 | 1 | 150 | 150 | 100 | 101 |
6 | 20201 | 1 | 200 | 200 | 100 | 101 |
表5 参数设置 |
参数 | 数值 |
---|---|
任务计算量 | 1~4 MB |
任务所需内存 | 1~4 MB |
EN工作计算能力 | 4~8 MB/s |
EN在线时长 | 0.5~1 h |
EN可执行任务量 | 300~500 MB |
EN可提供内存 | 100~500 MB |
观察周期 | 360 s |
时间片数 | 360 |
最大负载率 | 0.8 |
任务执行成功率权重 | 0.8 |
表6 性能评价指标 |
分析对象 | 评价指标 | 描述 |
---|---|---|
卸载请求行为评价模型 | 非合作节点识别率 | 观察周期内,SN节点识别的非合作节点数与边缘计算中SN节点总数的比值; |
非合作节点识别准确率 | 观察周期内,SN节点识别的非合作节点中,身份无误的节点数与节点总数的比值; | |
卸载请求拒绝率 | 观察周期内,SN节点拒绝的任务数与接收到的卸载请求任务数的比值; | |
卸载请求拒绝准确率 | 观察周期内,SN节点拒绝的任务中,虚假任务数与总任务数的比值; | |
资源有效利用率 | 观察周期内,SN节点接受的任务中,来自合作节点的任务数与总任务数的比值; | |
卸载协作综合评价模型 | 在线时长 | 观察周期内,簇内最短EN节点剩余在线时长; |
任务卸载率 | 观察周期内,边缘计算簇接受的任务中,卸载至其他簇的任务数与总任务数的比值; | |
任务执行失败率 | 观察周期内,边缘计算簇接受且执行的任务中,执行失败的任务数与总任务数的比值; | |
任务拒绝次数 | 观察周期内,边缘计算簇中 各EN节点拒绝任务卸载请求次数的总和; | |
卸载综合效用 | 真实任务执行成功率 | 观察周期内,边缘计算簇接受的任务中,真实且被成功执行的任务数与总任务数的比值 |
资源损耗率 | 观察周期内,边缘计算中虚假任务执行消耗的资源与各EN节点提供的资源总和的比值; |
表7 节点集划分 |
节点集 | 优节点集 | 良节点集 | 一般节点集 | 差节点集 |
---|---|---|---|---|
信任范围 | 0.9~1 | 0.75~0.9 | 0.6~0.75 | 0~0.6 |
表8 卸载策略效果对比 |
算法 | 平均决策时长/s | 平均拒绝次数 | 平均在线时长/s | 平均任务卸载率 | 平均任务执行失败率 |
---|---|---|---|---|---|
Random Walk | 0.5202 | 1288 | 3765.42 | 0.0485 | 0.5852 |
AODV | 0.5545 | 1059 | 3778.28 | 0.0487 | 0.5851 |
TOO | 0.6007 | 1765 | 3629.58 | 0.0083 | 0.5394 |
TOCTE | 1.9344 | 831 | 9319.17 | 0.2659 | 0.2468 |
表9 协作节点寻优算法决策时长对比 (s) |
搜索 算法 | 实验1 | 实验2 | 实验3 | 实验4 | 实验5 | 平均 时长 | 单位周 期时长 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
PSO | 1568.6 | 1568.7 | 1554.5 | 1552.2 | 1477.6 | 1544.3 | 1.544 |
CS | 2915.8 | 2864.4 | 2878.9 | 2858.1 | 2776.9 | 2858.8 | 2.859 |
PS-SA | 3852.2 | 3684.7 | 3723.3 | 3770.5 | 3621.3 | 3730.4 | 3.730 |
PS-SDP | 2737.3 | 2598.5 | 2628.3 | 2643.7 | 2567.9 | 2635.1 | 2.635 |
表10 不同策略卸载综合性能对比 |
性能 | 真实任务执行成功率 | 资源损耗率 | ||
---|---|---|---|---|
最高 | 平均 | 最低 | 平均 | |
AODV | 0.2804 | 0.2516 | 0.1103 | 0.1276 |
TOO | 0.3086 | 0.2797 | 0.1309 | 0.1546 |
TOO-TC | 0.3668 | 0.3392 | 0.09 | 0.1033 |
TCO | 0.3323 | 0.3054 | 0.0828 | 0.095 |
CNCO | 0.5076 | 0.458 | 0.0953 | 0.1112 |
TOCTE | 0.5922 | 0.5552 | 0.0635 | 0.0753 |
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