[發(fā)明專利]一種車聯(lián)網(wǎng)中基于ADMM的任務(wù)分配與功率控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810006519.9
• 申請(qǐng)日: 2018-01-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110012039B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周振宇;劉朋矩;許晨;馮俊豪;唐良瑞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L29/08
• 分類號(hào): H04L29/08;H04W52/02;G06F9/50
• 代理公司: 成都方圓聿聯(lián)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51241
• 代理人: 茍銘

本發(fā)明涉及一種車聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中的移動(dòng)邊緣計(jì)算方案，該方法在滿足時(shí)延要求的前提下，對(duì)車內(nèi)用戶設(shè)備的計(jì)算任務(wù)分配和傳輸功率控制問(wèn)題進(jìn)行了優(yōu)化。把設(shè)備在計(jì)算任務(wù)分配率加權(quán)下的能源損耗作為目標(biāo)函數(shù)，使用排隊(duì)論方法獲得用戶設(shè)備和邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸模型，通過(guò)非線性分式優(yōu)化和交替方向乘子法的迭代來(lái)解決該優(yōu)化問(wèn)題。在每一輪循環(huán)中，外層循環(huán)解決非線性分式規(guī)劃問(wèn)題，內(nèi)層循環(huán)更新初始值和變量，直到迭代的結(jié)果滿足設(shè)定的閾值，確定各用戶設(shè)備的任務(wù)量分配比率并得到最小化的能耗。本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以有效降低用戶設(shè)備的能耗并滿足時(shí)延的要求，提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無(wú)線通信領(lǐng)域的移動(dòng)邊緣計(jì)算方案，具體涉及一種車聯(lián)網(wǎng)中基于ADMM的任務(wù)分配與功率控制方法。

背景技術(shù)

作為物聯(lián)網(wǎng)在交通運(yùn)輸領(lǐng)域的典型應(yīng)用，車聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了在很少或沒(méi)有人為干預(yù)的車輛中進(jìn)行無(wú)所不在的信息共享，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)未來(lái)智能交通系統(tǒng)至關(guān)重要。一方面，車聯(lián)網(wǎng)會(huì)刺激道路安全、旅行援助和自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域的一系列具有嚴(yán)格時(shí)效性要求的應(yīng)用程序快速發(fā)展；另一方面，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、流媒體視頻和在線游戲等豐富的多媒體物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用迅速發(fā)展，導(dǎo)致極大的工作負(fù)載數(shù)據(jù)需要被緩存和處理，這需求大量的計(jì)算、通信和存儲(chǔ)資源。在傳統(tǒng)的云計(jì)算模型中，云服務(wù)器的位置遠(yuǎn)離需求邊，而且回傳路徑和主干網(wǎng)絡(luò)能力有限，這就造成了不可預(yù)測(cè)的延遲，無(wú)法保證物聯(lián)網(wǎng)提供可靠的服務(wù)質(zhì)量和體驗(yàn)質(zhì)量。

而作為物聯(lián)網(wǎng)中快速的任務(wù)處理方法，車輛的邊緣計(jì)算VEC將計(jì)算模式從遠(yuǎn)端的中心分布構(gòu)架擴(kuò)展到了分布式邊緣服務(wù)器。在車聯(lián)網(wǎng)中，計(jì)算、通信和存儲(chǔ)資源被分配到接近用戶的地方，并且分散在網(wǎng)絡(luò)邊緣。車聯(lián)網(wǎng)可以被視為傳統(tǒng)云計(jì)算的一種有益補(bǔ)充。在網(wǎng)絡(luò)邊緣處理較低計(jì)算需求和有嚴(yán)格時(shí)效性限制的任務(wù)可以消除過(guò)多的網(wǎng)絡(luò)越點(diǎn)，這不僅減少了計(jì)算響應(yīng)時(shí)間，也緩解了能力有限的回程鏈路的信號(hào)擁擠問(wèn)題。進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，車聯(lián)網(wǎng)通過(guò)將耗能過(guò)多的工作負(fù)載轉(zhuǎn)移到具有更高計(jì)算能力和持續(xù)能量供應(yīng)的VEC節(jié)點(diǎn)上，大大提高了電池容量有限的智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備等車內(nèi)用戶設(shè)備的續(xù)航時(shí)間。通過(guò)適宜的任務(wù)分配策略，本地計(jì)算的能量損耗以增加數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰肯模约坝蓴?shù)據(jù)傳輸、邊緣服務(wù)器上的工作負(fù)載處理及跨區(qū)引起的延遲為代價(jià)而被減少。

因此，實(shí)現(xiàn)VEC場(chǎng)景下的計(jì)算任務(wù)分配和功率控制是重要的問(wèn)題。首先，由于車輛的快速移動(dòng)造成信道狀況和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇焖俑淖儯诓煌舆t約束下決定最優(yōu)的任務(wù)分配比率是很困難的。而車輛也可能在數(shù)據(jù)傳輸或者任務(wù)處理期間離開(kāi)路邊單元的服務(wù)范圍。其次，不同問(wèn)題的任務(wù)分配變量由于VEC節(jié)點(diǎn)計(jì)算能力有限而相互耦合，從能量效率的角度出發(fā)，任務(wù)分配比率必須與功率控制進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化。最后，由于在用戶設(shè)備和VEC節(jié)點(diǎn)上的工作任務(wù)隨機(jī)變化，無(wú)法得到確定的計(jì)算和通信資源的最佳利用方案。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的是提供一種車聯(lián)網(wǎng)中基于ADMM的任務(wù)分配與功率控制方法。通過(guò)使用本發(fā)明的算法，可以在保證時(shí)延限制的前提下，合理分配待計(jì)算任務(wù)和傳輸功率，有效降低用戶移動(dòng)設(shè)備的能量消耗。

一種車聯(lián)網(wǎng)中基于ADMM的任務(wù)分配與功率控制方法，包括如下步驟：

1)確定能否在車輛離開(kāi)路邊單元服務(wù)范圍之前完成數(shù)據(jù)傳輸；

2)通過(guò)非線性分式優(yōu)化和交替方向乘子法的迭代過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，獲得使能量損耗最小的計(jì)算任務(wù)分配比率和傳輸功率；

3)路邊單元的服務(wù)器對(duì)分配的任務(wù)進(jìn)行計(jì)算，并在中心控制器的控制下，將計(jì)算的結(jié)果通過(guò)路邊單元發(fā)送給車內(nèi)移動(dòng)設(shè)備；

從用戶設(shè)備到路邊單元m的任務(wù)量分配比率服從平均到達(dá)率為的泊松過(guò)程，在確定能否于車輛離開(kāi)路邊單元m的服務(wù)范圍之前完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，進(jìn)一步包括：

1)在車輛進(jìn)入路邊單元m的服務(wù)范圍時(shí)，由車速和車輛與路邊單元邊緣的距離確定最大容忍時(shí)間當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間小于該值時(shí)，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；