计算时效：通信与计算协同网络中的计算新鲜度度量
系统与控制
2025-06-24 v8 系统与控制
摘要
在通信与计算协同网络（3CNs）中，及时计算至关重要但并非总能得到保证。存在强烈的需求要求计算任务在给定截止时间内完成。所需时间涉及处理时间、通信时间以及截止时间的影响。然而，目前缺乏针对 3CNs 中此类及时性的度量指标。本文引入了一个新颖的概念——计算时效（Age of Computing, AoC），以捕捉 3CNs 中的计算新鲜度。我们在由信源、发射机、接收机和计算节点组成的线性拓扑结构中分析了 AoC。信源生成的任务立即可用于发射机，并进入通信队列。这些任务随后传递至接收机，进而进入计算节点的计算队列进行处理。每个任务都有一个截止时间，要求在此时间框架内完成。我们在两种类型的截止时间下评估 AoC：(i) 软截止时间，若任务延迟超过截止时间仍可反馈给信源，但会产生额外延迟；(ii) 硬截止时间，延迟超过截止时间的任务将被丢弃。在这两种截止时间下，我们推导了 AoC 公式和时间平均 AoC 的通用表达式。对于先到先服务（FCFS）调度策略，我们获得了软截止时间下平均 AoC 的闭式表达式以及硬截止时间下的近似解。除了新鲜度外，我们还定义了计算吞吐量，提供了其通用表达式和近似解。为了探索新鲜度与吞吐量之间的关系，我们构建了一个优化问题，并证明了目标对是一个弱帕累托最优点。数值结果验证了所有理论发现。此外，结果表明在硬截止时间下，计算吞吐量可作为平均 AoC 的可靠代理指标。
引用
@article{arxiv.2403.05007,
title = {Age of Computing: A Metric of Computation Freshness in Communication and Computation Cooperative Networks},
author = {Xingran Chen and Yi Zhuang and Kun Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2403.05007},
year = {2025}
}