Digital Twin-Assisted Edge Computation Offloading in Industrial Internet of Things With NOMA

计算机科学 GSM演进的增强数据速率 边缘设备 最优化问题 计算机网络 计算卸载 服务器 计算 分布式计算 移动边缘计算 边缘计算 电信 云计算 算法 操作系统
作者
Long Zhang,Han Wang,Hongmei Xue,Hongliang Zhang,Qilie Liu,Dusit Niyato,Zhu Han
出处
期刊:IEEE Transactions on Vehicular Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:72 (9): 11935-11950 被引量:13
标识
DOI:10.1109/tvt.2023.3270859
摘要

Integrating digital twins (DTs) and multi-access edge computing (MEC) is a promising technology that realizes edge intelligence in 6 G, which has been recognized as the key enabler for Industrial Internet of Things (IIoT). In this paper, we explore a DT-assisted MEC system for the IIoT scenario where a DT server is created as a virtual representation of the physical MEC server, via estimating the computation state of the MEC server within the DT modelling cycle. To achieve spectrally efficient offloading, we consider that IIoT devices communicate with industrial gateways (IGWs) through a non-orthogonal multiple access (NOMA) protocol. Each IIoT device has an industrial computation task that can be executed locally or fully offloaded to IGW. We aim to minimize the total task completion delay of all IIoT devices by jointly optimizing the IGW's subchannel assignment as well as the computation capacity allocation, edge association, and transmit power allocation of IIoT device. The resulting problem is shown to be a mixed integer non-convex optimization problem, which is NP-hard and challenging to solve. We decompose the original problem into four solvable sub-problems, and then propose an overall alternating optimization algorithm to solve the sub-problems iteratively until convergence. Validated via simulations, the proposed scheme shows superiority to the benchmarks in reducing the total task completion delay and increasing the percentage of offloading IIoT devices.
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