• شماره ركورد
    24276
  • شماره راهنما
    COM3 135
  • عنوان

    بهبود كارايي محاسبات در رايانش لبه مبتني بر شبكه‌هاي محتوا محور

  • مقطع تحصيلي
    دكتري
  • رشته تحصيلي
    مهندسي كامپيوتر- معماري سيستم هاي كامپيوتري
  • دانشكده
    مهندسي كامپيوتر
  • تاريخ دفاع
    1403/10/12
  • صفحه شمار
    119 ص.
  • استاد راهنما
    علي بهلولي
  • استاد مشاور
    كمال جمشيدي
  • كليدواژه فارسي
    رايانش لبه، رايانش لبه مبتني بر شبكه اطلاعات محور، استفاده مجدد از محاسبات، شبكه اطلاعات محور
  • چكيده فارسي
    در محاسبات لبه، انجام محاسبات تكراري امري رايج است. رويكرد «استفاده مجدد از محاسبات» به عنوان يك راهكار مؤثر‌ براي افزايش كارايي محاسبات مبتني بر لبه مطرح شده است. اين رويكرد به معناي استفاده مجدد از نتايج محاسبات قبلي است تا از اجراي دوباره آن‌ها جلوگيري شود. اين كار باعث افزايش كارايي، حذف محاسبات تكراري و بهبود زمان پاسخگويي به درخواست‌ها مي‌شود. در معماري TCP/IP امكان تشخيص محاسبات تكراري وجود ندارد و عملا رويكرد «استفاده مجدد از محاسبات» قابل پياده‌سازي نيست. از اين رو، استفاده از رايانش لبه مبتني بر شبكه اطلاعات محور (ICN) مي‌تواند بهبود قابل‌توجهي در اين زمينه ايجاد كند. با استفاده از ICN، اين امكان فراهم مي‌شود كه محاسبات تكراري شناسايي و مجدداً نتايج محاسبات مورد استفاده قرار گيرند. اين رويكرد به بهبود كارايي و بهره‌وري استفاده از منابع در رايانش لبه كمك كرده و زمان اجرا محاسبات را كاهش مي‌دهد. در اغلب پژوهش‌هاي انجام شده تا كنون صرفاً به موضوع نحوه هدايت بسته‌ها براي استفاده مجدد از محاسبات پرداخته شده است و تعداد محدودي از آنها از حافظه نهان درون شبكه براي اين منظور استفاده كرده‌اند. يكي از مشكلات موجود در پژوهش‌هايي كه روي نحوه هدايت بسته‌ها تمركز كرده‌اند اين است كه باعث مي‌شوند در گره‌هاي محاسباتي تعادل بار برقرار نشود. از اين رو، رساله پيش رو با ارائه رويكردي جديد، درخواست‌هاي محاسباتي با داده‌هاي ورودي مشابه را كه به نتايج يكساني منجر مي‌شوند، يكسان در نظر مي‌گيرد. از اين طريق، گامي مؤثر در جهت استفاده مجدد از محاسبات از طريق حافظه نهان درون شبكه ICNبرداشته شده است. در اين راستا، ابتدا روشي جديد براي اصلاح جدول ذخيره محتوا (CS) پيشنهاد شده است كه به پارامترهاي ورودي توجه دارد. اين روش به طور خاص براي پارامترهاي ورودي با حجم كم مناسب است. براي محاسباتي كه ورودي آن‌ها تصاوير هستند، معيار جديدي به نام «شاخص شباهت» به منظور ارزيابي ميزان استفاده مجدد از محاسبات معرفي شده است. هدف شاخص شباهت اين است كه به طور مؤثر‌تري تصاوير را در صورت وجود تغييرات جزئي در زاويه عكس‌برداري، مشابه هم در نظر بگيرد. در نتيجه، اين موضوع مي‌تواند منجر به فراهم كردن فرصت‌هايي براي استفاده مجدد از محاسبات شود. شاخص شباهت از طريق الگوريتمي به نام HNSW ارائه شده است كه در نهايت منجر به ارائه نتايج درخواست‌هاي محاسباتي از طريق حافظه نهان به جاي لبه اصلي مي‌شود. سپس، استفاده مجدد از محاسبات از طريق الگوريتم هدايت كه در آن بهترين گره محاسباتي با توجه به معيارهاي استفاده مجدد از محاسبات، تعادل بار و ظرفيت گره‌هاي لبه انتخاب مي‌شود، انجام مي‌گيرد. در ادامه، يك مدل تحليلي براي محاسبه انتقال درخواست با در نظر گرفتن استفاده مجدد از محاسبات در رايانش لبه مبتني بر ICN ارائه شده است. روش پيشنهادي با استفاده از ابزار ndnSIM شبيه‌سازي شده است و عملكرد آن مورد ارزيابي قرار گرفته است. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه رويكرد پيشنهادي مي‌تواند زمان تكميل را تا 88/8 برابر در مقايسه با حالت بدون استفاده مجدد كاهش دهد، در حالي كه در كارهاي گذشته اين كاهش تنها 37/3 برابر بوده است. اين يافته‌ها توانسته است كارايي و پتانسيل روش پيشنهادي را در بهينه‌سازي عملكرد رايانش لبه برجسته ‌كند.
  • كليدواژه لاتين
    Computation reuse; Edge computing; ICN; ICN-Based Edge Computing.
  • عنوان لاتين
    Improving The Computation Performance in ICN Based Edge Computing
  • گروه آموزشي
    مهندسي معماري كامپيوتر
  • چكيده لاتين
    In edge computing, repetitive computations are common. The concept of "computation reuse" has been proposed as an approach to enhance the efficiency of edge computing. This approach involves reusing the results of previous computations to prevent them from being executed again. This practice increases efficiency, reduces redundant computations, and improves response times to requests. In TCP/IP architecture, there is no mechanism for detecting repetitive computations, making the implementation of the "computation reuse" approach practically unfeasible. Therefore, utilizing ICN-based edge computing can significantly improve this issue. By using ICN, it becomes possible to identify repetitive computations and computation reuse results. This approach helps improve the efficiency and productivity of resource utilization in edge computing and reduces the execution time of computations. Most of the research conducted so far has primarily focused on how to route packets for computation reuse, and only a limited number of studies have utilized in-network caching for this purpose. One of the issues in research that focuses on packet routing is that it can lead to an imbalance in load distribution among computing nodes. Therefore, this thesis proposes a new approach that considers computational requests with similar input data that lead to the same results as identical. This effectively takes a step towards computation reuse through ICN in-network caching. In this context, a new method for refining the Content Storage (CS) table is initially proposed, which takes input parameters into consideration. This method is specifically suitable for input parameters with small volumes. For computations where the inputs are images, a new metric called "Similarity Index" has been introduced to eva‎luate the degree of computation reuse. The goal of the Similarity Index is to effectively regard images as similar with minor changes in the angle of photography. As a result, this can create opportunities for computation reuse. The Similarity Index is provided through an algorithm called HNSW, which ultimately leads to the delivery of computation requests through caching instead of the main edge. Subsequently, computation reuse is achieved through a forwarding algorithm, in which the best compute node is selected based on the reuse criteria, load balancing, and capacity of edge nodes. Next, an analytical model is proposed for computing request transfer considering computation reuse in ICN-based edge computing. The proposed method has been simulated using the ndnSIM tool, and its performance has been eva‎luated. Simulation results show that the proposed method can reduce completion time by up to 8.88 times compared to the no-reuse case, while in previous works, this reduction was only 3.37 times. These findings highlight the efficiency and potential of the proposed method in optimizing edge computing performance.
  • تعداد فصل ها
    6
  • فهرست مطالب pdf
    119121
  • نويسنده

    جواهري، عطيه