Emerging distributed cloud architectures, e.g., fog and mobile edge computing, are playing an increasingly important role in the efficient delivery of real-time stream-processing applications (also referred to as augmented information services), such as industrial automation and metaverse experiences (e.g., extended reality, immersive gaming). While such applications require processed streams to be shared and simultaneously consumed by multiple users/devices, existing technologies lack efficient mechanisms to deal with their inherent multicast nature, leading to unnecessary traffic redundancy and network congestion. In this paper, we establish a unified framework for distributed cloud network control with generalized (mixed-cast) traffic flows that allows optimizing the distributed execution of the required packet processing, forwarding, and replication operations. We first characterize the enlarged multicast network stability region under the new control framework (with respect to its unicast counterpart). We then design a novel queuing system that allows scheduling data packets according to their current destination sets, and leverage Lyapunov drift-plus-penalty control theory to develop the first fully decentralized, throughput- and cost-optimal algorithm for multicast flow control. Numerical experiments validate analytical results and demonstrate the performance gain of the proposed design over existing network control policies.


翻译:新的分布式云层结构,例如雾和移动边缘计算,正在有效提供实时流处理应用程序(也称为增强的信息服务)方面发挥日益重要的作用,例如工业自动化和时向经验(例如,扩大现实,暗中游戏)等工业自动化和时向经验(例如,扩大现实,暗中游戏),这些应用要求多个用户/装置共享和同时消费经过加工的流流,但现有技术缺乏有效的机制来处理其固有的多播性质,导致不必要的交通冗余和网络拥堵。在本文中,我们为分布式云网络控制建立一个统一框架,以普遍(混合播送)交通流量来优化所需包处理、转发和复制作业的分布式执行。我们首先在新的控制框架内(就其独生对应方而言)确定扩大的多播网络稳定性区域。我们随后设计了一个新型的排队系统,以便根据目前的目的地组合安排数据集安排数据集,并利用Lyapunov流加对流控制理论来开发第一个完全分散、通过负载和成本的多盘流控控的分散式算法。

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