dc.contributor.advisor | Özdemir, Suat | |
dc.contributor.author | Akyıldız, Oğuzhan | |
dc.date.accessioned | 2024-11-27T07:22:50Z | |
dc.date.issued | 2024 | |
dc.date.submitted | 2024-11-01 | |
dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/11655/36193 | |
dc.description.abstract | Fog computing enables efficient task processing with low processing latency and bandwidth overhead between devices and the cloud in Internet of Things (IoT) networks. The reliability of these networks is critical as fog servers must efficiently allocate and offload increasing types of tasks to appropriate resources. In dynamic networks like Connected Vehicle Networks (CVNs), vehicles communicate with each other and various IoT devices within the transportation infrastructure. In CVNs, vehicles may experience task offload issues due to dynamic conditions. This thesis presents solutions to increase resource utilization and reduce processing latency in task offload in fog computing based IoT networks. Task offload is improved by optimizing resource allocation with P4 technology. In addition, mobility-oriented protocols are developed to manage the dynamic structure in CVNs.
Firstly, a novel task offloading scheme called Task Offloading Scheme with P4 (TOS-P4) is proposed for fog-based IoT networks using p4 technology to improve network performance regarding latency and computation overhead. Evaluated in an Intelligent Transportation System (ITS) scenario, TOS-P4 is compared to a conventional model called Task Offloading Scheme with a Software-Defined Networking Controller (TOS-SDN). Experimental results indicate that TOS-P4 is 6.54 times more efficient than TOS-SDN in the waiting times of tasks received by Resource Poor (RP) fog servers. Additionally, the average waiting time is 30 times longer on RP servers than on Resource Rich (RR) servers. Traditional fixed position fog networks are inadequate for dynamic traffic info capturing, whereas mobile fog computing enables rapid task processing using nearby vehicles. Secondly, this thesis proposes a mobility-driven joint task offloading and resource utilization protocol called MobTORU to optimize resource utilization and efficient task processing in CVNs. The proposed protocol and algorithm are evaluated using a real-world dataset containing actual vehicular mobility traces, demonstrating 93.8% overall system efficiency and 99.9% efficiency in the resource utilization of offloaded tasks. Task offloading in CVNs poses significant challenges due to high computational demands and dynamic network conditions. Traditional static fog networks struggle to adapt to dynamic traffic network conditions, inefficiently allocate resources, and incur higher utilization and maintenance costs. Mobile fog computing provides adaptive and efficient task processing. Lastly, this thesis introduces a novel mobility-driven protocol, Mx-TORU, which combines multi-hop task offloading and resource utilization optimization to improve task processing efficiency in CVNs. Mx-TORU aims to utilize resources efficiently, complementing the previously proposed MobTORU protocol. Extensive experiments demonstrate the effectiveness of our approach, showing that multi-hop task offload methods outperform single-hop methods by up to 17.8% in effective resource utilization rates. Additionally, the proposed protocol and RELiOff algorithm consistently exhibit at least a 5% increase in effectiveness across various test scenarios.
Overall, this thesis addresses task offloading challenges in fog-based IoT networks, especially in CVNs. By using P4-supported task offloading scheme and mobility-driven protocols, it improves resource efficiency and reduces latency. Comparative analyses of thesis shows more superior performance over traditional methods, enhance fog computing's efficiency and reliability in IoT. It contributes new methodologies and the way for future research in optimizing task offloading and resource management in complex networks. | tr_TR |
dc.language.iso | en | tr_TR |
dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
dc.subject | Task offloading | tr_TR |
dc.subject | Mobile fog computing | tr_TR |
dc.subject | Intelligent transportation system | tr_TR |
dc.subject | Programming protocol-independent packet processors | tr_TR |
dc.subject | Software-defined networks | tr_TR |
dc.subject | Internet of things | tr_TR |
dc.title | Task Offloading Methods in Fog-based IOT | tr_TR |
dc.title.alternative | Sis Tabanlı IOT'de Görev Aktarım Yöntemleri | tr_TR |
dc.type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | tr_TR |
dc.description.ozet | Sis bilişim, Nesnelerin İnterneti (IoT) ağlarında cihazlar ve bulut arasında düşük işlem gecikmesi ve bant genişliği yükü ile verimli görev işleme sağlar. Bu ağların güvenilirliği, sis sunucularının artan görev türlerini uygun kaynaklara verimli bir şekilde tahsis edebilmesi açısından kritik öneme sahiptir. Bağlantılı Araç Ağları (CVN'ler) gibi dinamik ağlarda, araçlar birbirleriyle ve ulaşım altyapısındaki çeşitli IoT cihazlarıyla iletişim kurar. CVN'lerde araçlar, dinamik koşullar nedeniyle görev aktarımı sorunları yaşayabilir. Bu tez, sis bilişim tabanlı IoT ağlarında görev aktarımında kaynak kullanımını artırmak ve işlem gecikmesini azaltmak için çözümler sunar. P4 teknolojisi ile kaynak tahsisini optimize ederek görev aktarımı iyileştirilmiştir. Ayrıca, CVN'lerde dinamik yapıyı yönetmek için mobilite odaklı protokoller geliştirilmiştir.
İlk olarak, gecikme ve hesaplama yükü açısından ağ performansını iyileştirmek amacıyla P4 teknolojisini kullanan Sis Bilişim Ağları için P4 Destekli Görev Aktarım Şeması (TOS-P4) adı verilen yeni bir görev aktarma şeması önerilmektedir. Akıllı Ulaşım Sistemi (ITS) senaryosunda değerlendirilen TOS-P4, geleneksel Yazılım Tanımlı Ağ kontrolcüsü destekli görev aktarım şeması (TOS-SDN) ile karşılaştırılmıştır. Deney sonuçlarına göre, TOS-P4, kaynak kısıtlı (RP) sis sunucularında alınan görevlerin bekleme sürelerinde TOS-SDN'ye göre 6.54 kat daha kısadır. Ayrıca RP sunucularında ortalama bekleme süresi kaynak zengini (RR) sunuculara göre 30 kat daha uzundur. Geleneksel sabit konumlu sis ağları, dinamik trafik bilgisi yakalamak için yetersizdir, fakat mobil sis bilişim yakındaki araçları kullanarak hızlı görev işleme olanağı sağlar. Bu tezde ikinci olarak, CVN'lerde kaynak kullanımını optimize etmek ve verimli görev işleme sağlamak için mobilite odaklı kaynak kullanım protokolü olan MobTORU ve görev aktarım algoritması önerilmektedir. Önerilen protokol ve algoritma, gerçek araç hareket izleri içeren gerçek dünya veri kümesi kullanılarak değerlendirilmiş ve genel sistemde %93.8, işlenen görevlerde ise %99.9 verimlilik sağlamıştır. CVN'lerde görev aktarımı, yüksek hesaplama talepleri ve dinamik ağ koşulları nedeniyle önemli bir zorluk teşkil etmektedir. Geleneksel statik konumlu sis ağları, dinamik trafik ağı koşullarına uyum sağlamakta zorlanır, kaynakları verimsiz bir şekilde tahsis eder ve yüksek kullanım ve bakım maliyetleri taşır. Mobil sis bilişim ise adaptif ve verimli görev işleme sağlar. Bu tezde son olarak, CVN'lerde görev işleme verimliliğini artırmak için çoklu atlamalı görev aktarımı ve kaynak kullanım optimizasyonunu birleştiren yeni bir mobilite odaklı protokol olan Mx-TORU tanıtılmaktadır. Mx-TORU, kaynakları verimli bir şekilde kullanmayı hedefler ve daha önce önerilen MobTORU protokolünü tamamlar. Kapsamlı deneyler yaklaşımımızın etkinliğini kanıtlayarak çok atlamalı görev boşaltma yöntemlerinin, tek atlamalı yöntemlere göre %17,8'e varan oranda daha iyi performans gösterdiğini göstermektedir. Ayrıca, önerilen protokol ve RELiOff algoritması, çeşitli test senaryolarında tutarlı bir şekilde en az %5'lik bir etki artışı sergilemiştir.
Sonuç olarak, bu tez özellikle CVN'lerde olmak üzere sis tabanlı IoT ağlarındaki görev aktarım zorluklarını ele almaktadır. P4 destekli görev aktarım şeması ve mobilite odaklı protokolleri kullanarak kaynak verimliliğini artırır ve gecikmeyi azaltır. Tezin karşılaştırmalı analizleri, geleneksel yöntemlere göre daha üstün performans göstererek IoT'de sis bilişiminin verimliliğini ve güvenilirliğini arttırır. Yeni metodolojilere ve karmaşık ağlarda görev boşaltma ve kaynak yönetimini optimize etme konusunda gelecekteki araştırmalara katkıda bulunur. | tr_TR |
dc.contributor.department | Bilgisayar Mühendisliği | tr_TR |
dc.embargo.terms | Acik erisim | tr_TR |
dc.embargo.lift | 2025-05-06T07:22:50Z | |
dc.funding | Yok | tr_TR |