Teoria dos jogos em redes IoV para otimização da alocação de recursos em computação de borda

Abstract

O advento das tecnologias de redes móveis 5G e 6G contribuíram para o surgimento e a evolução de diversos campos de pesquisas, como é o caso da Internet das Coisas. Em paralelo a isso, outras ramificações emergentes que utilizam esses mesmos conceitos também começaram a ser desenvolvidas, sendo a Internet dos Veículos um dos mais notáveis exemplos desse contexto. Entretanto, diversos desafios ainda devem ser superados, principalmente para atender as solicitações dos aplicativos que são sensíveis a atrasos em ambientes de alta mobilidade. Esses fatores são essenciais para alcançar os requisitos esperados de qualidade de serviço e experiência do usuário e, por isso, faz-se necessário recorrer a outras alternativas em frente a tradicional Computação em Nuvem, como é o caso da Computação em Borda. Dessa forma, o objetivo deste trabalho é apresentar um algoritmo intitulado METRO, baseado em conceitos da Teoria dos Jogos, um estudo matemático que busca maximizar os resultados através de modelos de jogos que representam um conjunto de ações, jogadores e regras, que se desenvolvem em um determinado contexto. Isto quer dizer que os jogos são capazes de simular os cenários de disputa de recursos nas infraestruturas de rede, com a finalidade de maximizar a decisão de alocação desses recursos, à partir do descarregamento de computação, realizado pelos veículos na borda da rede. Tudo isso é desenvolvido por meio dos conceitos de jogos cooperativos, como o Equilíbrio de Nash. Por fim, para trazer a maior realidade possível ao processo de simulação, o ambiente considerado está repleto de interações V2X existentes na Internet dos Veículos, que descreve a troca de informações entre veículos e qualquer outro dispositivo inteligente.

The advent of 5G and 6G mobile network technologies contributed to the emergence and evolution of several research fields, such as the Internet of Things. In parallel to this, other emerging branches that use these same concepts also began to be developed, with the Internet of Vehicles being one of the most notable examples of this context. However, several challenges still need to be overcome, mainly to meet requests from applications that are sensitive to delays in highly mobile environments. These factors are essential to achieve the expected requirements of quality of service and user experience and, therefore, it is necessary to resort to other alternatives in front of traditional Cloud Computing, as is the case of Edge Computing. Thus, the objective of this work is to present an algorithm called METRO, based on concepts of Game Theory, a mathematical study that seeks to maximize results through game models that represent a set of actions, players and rules, which are developed in a certain context. This means that the games are capable of simulating resource dispute scenarios in network infrastructures, with the aim of maximizing the decision to allocate these resources, based on the offloading of computation, carried out by vehicles at the edge of the network. All this is developed through the concepts of cooperative games, such as the Nash Equilibrium. Finally, to bring as much reality as possible to the simulation process, the considered environment is full of existing V2X interactions in the Internet of Vehicles, which describes the exchange of information between vehicles and any other smart device.