[發明專利]一種基于車隊的車輛任務卸載決策和總體資源分配方法

有效

• 申請號: 202010317417.6
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111464976B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 吳凡;胡昕宇;張科;黃曉燕;冷甦鵬
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H04W4/40
• 分類號: H04W4/40;H04W72/04;H04W72/08
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

本發明公開一種基于車隊的車輛任務卸載決策和總體資源分配方法，應用于無線通訊技術和邊緣計算領域，針對現有的車輛邊緣計算方法中，服務器的覆蓋范圍與計算資源有限和車輛的高速移動性所造成的連接鏈路不穩定的問題；本發明將車隊和具有邊緣計算能力的RSU為任務卸載車輛提供任務處理服務，進行任務和資源分配的聯合優化，使車聯網環境下車載任務執行的時延和能量消耗最小化；并聚合多個車輛的計算能力，以頭車作為任務卸載點，根據車隊的計算資源和通信鏈路狀況完成任務的二次卸載，并在車隊內分配頻譜資源，降低了車隊內部交互的通信開銷，提高了在車聯網中車輛網絡拓撲快速變化環境下的傳輸可靠性。

技術領域

本發明屬于無線通訊技術和邊緣計算領域，特別涉及一種車輛任務卸載技術。

背景技術

車聯網(Internet of Vehicles,IoV)是物聯網(Internet of Things,IoT)在汽車行業的重要應用，被認為是下一代智能交通系統的信息基礎。為了減少交通事故，提高出行便利，車輛自動駕駛、智能輔助駕駛等智能交通應用數量不斷增加。然而，這些新興的應用不僅需要較高的計算復雜度，而且對時延敏感。目前車載設備有限的計算能力和存儲能力可能不能完全滿足要求。另一方面，將移動邊緣計算(Mobile Edge Computing,MEC)與車輛網絡相結合的車輛邊緣計算(Vehicular Edge Computing,VEC)被普遍認為是處理計算密集型任務的一種有效的方法。在這種情況下，車輛的計算密集型任務可以被卸載到接近它們的邊緣服務器，而不是遠程云服務器，從而大大降低了任務的處理延遲。

車隊(Platoon)是道路上行駛方向一致的一組車輛。在車隊中，頭車由司機控制行駛方向和速度，后面跟隨的車輛與頭車保持一致。車輛以車隊的形式行駛可以提高道路的安全性，降低燃油的消耗，同時有效地減少交通堵塞。車隊已被確定為一種綠色車輛交通管理策略，以提高能源效率、環境可持續性、道路容量和道路安全，其中通過車輛之間的控制信息交換來確保車隊的穩定性。

目前，針對車輛邊緣計算中的任務處理研究主要有以下兩種：

(1)任務卸載研究(參考文獻：Y.Liu,S.Wang,J.Huang,and F.Yang,“Acomputation offloading algorithm based on game theory for vehicular edgenetworks,”in Proc.IEEE ICC,Kansas City,MO,USA,May 2018,pp.1–6.)：該文研究了多車之間的計算卸載決策，將該問題轉化為一個多用戶計算卸載博弈問題，證明了博弈中納什均衡的存在性，提出了一種分布式計算卸載算法來計算納什均衡。如果太多的任務被卸載到相同的邊緣服務器，性能增益將會降低。

(2)資源分配研究(參考文獻：J.Du,F.R.Yu,X.Chu,J.Feng,and G.Lu,“Computation offloading and resource allocation in vehicular networks basedon dual-side cost minimization,”IEEE Trans.Veh.Technol.,vol.68,no.2,pp.1079–1092,Feb.2019.)：該文研究了資源管理的隨機優化問題。它通過聯合優化車輛的卸載決策和本地CPU頻率，以及服務器側的無線資源分配和服務器供應，將車輛和MEC服務器的成本降至最低。

此外，與智能手機或平板電腦相比，車輛具有強大的計算能力，并且隨著車輛數量的增加，車輛的總計算能力也會增加。因此，如果能夠利用車輛來提供任務卸載服務，則車輛網絡的計算性能將得到改善。但面對IoV龐大的計算需求，單個車輛的計算能力是非常有限的。若能聚合多個車輛的計算能力，則更能滿足任務卸載的要求，即將車隊引入車輛邊緣計算系統。

發明內容

為解決現有的車輛邊緣計算方法中，服務器的覆蓋范圍與計算資源有限和車輛的高速移動性所造成的連接鏈路不穩定的問題，本發明提出一種基于車隊的車輛任務卸載決策和總體資源分配方法。