[發明專利]一種適用于RSU覆蓋切換的邊緣車聯網任務卸載方法

有效

• 申請號: 202010768820.0
• 申請日: 2020-08-03
• 公開（公告）號: CN112055329B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 呂柏泉;楊超;姚志樺;吳志瑋;劉義
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H04W4/40
• 分類號: H04W4/40;H04W4/029;H04L67/12;G06N3/08;G06N3/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種適用于RSU覆蓋切換的邊緣車聯網任務卸載方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：獲取車輛的歷史行車數據，利用歷史行車數據訓練LSTM模型，通過訓練完畢的LSTM模型預測未來設定時間段內車輛的移動軌跡；

S2：根據車輛的移動軌跡確定車輛的行駛路段，根據車輛行駛的路段確定車輛即將經過的路邊單元RSU2，車輛當前所處的路邊單元記為RSU1；

S3：當車輛行駛位置處于路邊單元RSU1與路邊單元RSU2之間的邊界處分別計算三種任務卸載方式的開銷；

S4：以車輛行駛每個時隙成本的疊加減去切換路邊單元所帶來的花銷最小為目標函數，利用約束條件求解目標函數得到當前時隙任務卸載方式；

路邊單元RSU1、路邊單元記RSU2的半徑分別為：R₁、R₂，車輛與RSU1之間的傳輸速率記為車輛與RSU2之間的傳輸速率記為進行合作下載的任務車車輛有k輛，其中任務車的集合記為Ι，其中車輛i∈Ι，合作車集合記為J，設定車輛i生成一個任務(L_i,C_i,x_i,0,T_i^max)且服從泊松分布，L_i為車輛i的輸入任務大小，C_i為車輛i處理任務所需要的CPU周期數,x_i,0為生成任務的位置；T_i^max為車輛i所生成任務的最大處理延遲；

任務可以傳輸給路邊單元或者是合作車輛，也能自己處理，處理任務時，車輛自身處理任務的CPU頻率為f_m，路邊單元處理任務的CPU頻率為f_R，合作車輛車j處理車輛i的任務時占據的CPU的頻率為f_i,j；

將車輛行駛的時間分為多個時隙，假定當前時隙為t，t∈{1,2,…,n}；

從車輛i到RSU1的數據傳輸速度：

其中N為多傳輸之間的干擾，σ²為白噪聲，為RSU1分配給車輛i的帶寬，為車輛i將任務傳輸給RSU1的信道增益，P_i^R1為發射功率；

車輛i到RSU2的數據傳輸速度為：

其中N為多傳輸之間的干擾，σ²為白噪聲，為RSU2分配給車輛i的帶寬，為車輛i將任務傳輸給RSU2的信道增益，P_i^R2為發射功率；

三種任務卸載方式包括：卸載計算任務至路邊單元、車輛自身處理計算任務、將計算任務經過一跳傳輸至合作車輛；

所述卸載計算任務至路邊單元其計算開銷包括：

計算路邊單元切換的總體開銷：

當車輛選擇將計算任務傳給路邊單元時，則存在在路段的前一個路邊單元的區域內完成不了任務的情況，若是計算任務已分解為最小單元，此時發生路邊單元的切換，則需要將已經傳輸的數據從RSU1和RSU2之間的鏈路繼續傳輸給RSU2，剩余的直接送給RSU2，則路邊單元切換產生的開銷屬于多余的開銷，多余的開銷表示為：

其中r_b是RSU1和RSU2之間的鏈路傳輸速度，傳輸成本為c_b，鏈路的傳輸功率是p_b，假定車輛的速度v_t不變，則車輛的移動模型表示為

考慮路邊單元的邊界，確定是否需要更換路邊單元進行傳輸，得出總的延遲公式；

設RSU1和RSU2的交換邊界的時隙是T，則此交換邊界相對位置為x_T；

根據車輛的移動模型得到車輛到達交換邊界的時刻也為T；

此時，根據交換邊界，得出總體的帶寬和傳輸速度的公式，表示為：

其中分別為在RSU1和RSU2傳輸范圍內的帶寬；

其中分別為在RSU1和RSU2傳輸范圍內的傳輸速度；

當前時隙t內，數據的傳輸量為H_i(t)，計算公式表示為：

其中τ為時隙的長度，分別為在RSU1和RSU2傳輸范圍內的傳輸速度；

當車輛在RSU1的傳輸范圍內不能傳輸完任務時，即車輛到達交換邊界時，數據的傳輸量小于任務的大小，用公式可以表示為H_i(T)＜L_i，此時選擇進行路邊單元切換，切換到RSU2；

則總傳輸時間為:

根據路邊單元切換與否，得到路邊單元內部任務計算時間：

其中C_i為車輛i處理此任務所需要的CPU周期數，分別為RSU1和RSU2處理任務時分配給車輛i的CPU頻率；

所以，任務的計算速率表示為：

總延遲為傳輸延遲加任務計算延遲：

車輛自身處理計算任務時，任務處理時間和任務計算速率分別為：

當車輛自身處理計算任務，任務處理時間表示為：

其中f_i,local為車輛i自行處理任務時的CPU頻率；

所以，任務計算速率表示為：

將計算任務經過一跳傳輸至合作車輛具體包括：

確定合作車輛，對任務車輛i周圍車輛通過三個指標進行評價，選擇三個指標中綜合性價比最高的周圍車輛作為合作車輛，所述指標包括：基于可分配的計算容量C_i,j、距離D_i,j、在任務車輛身邊行駛的時間T_i,j；

綜合性價比表示為：

當多個周圍車輛作為候選合作車輛時，判斷依據表示為：

其中α+β+γ＝1，且為α,β,γ∈(0，1)，α、β、γ表示折扣參數，選出候選合作車輛中最優的合作車輛后，任務車輛i會與最優合作車輛形成一個車輛組合；計算任務總延遲:

任務車輛i到最優合作車輛的V2V鏈路傳輸速度為：

其中N為干擾，σ²為白噪聲，為傳輸占用的帶寬，為任務車輛i將任務傳輸給最優合作車輛j的通道增益，P_i^j為發射功率；

任務傳輸延遲表示為:

任務計算延遲表示為:

任務計算速率表示為：

所以任務處理總延遲表示為:

以車輛行駛每個時隙成本的疊加減去切換路邊單元所帶來的花銷最小為目標函數，利用約束條件求解目標函數得到當前時隙任務卸載方式具體包括：

定義數據傳輸效用，所述數據傳輸效用等于代理的網絡接入費用減去頻譜資源的租用扣費，t時刻的數據傳輸效用表示為：

其中，a為代理商的單位網絡接入成本，單位是RMB/bps；分別是將任務傳給路邊單元和最優合作車輛j時的帶寬租賃成本，單位是RMB/Hz；λ₁,λ₂,λ₃＝{0，1}分別為3種計算任務卸載方式的選擇與否，當λ₁,λ₂,λ₃取值為0時，表示不選擇對應的任務卸載方式，當λ₁,λ₂,λ₃取值為1時，表示選擇對應的任務卸載方式；b_i,R(t),分別為傳輸給路邊單元和最優合作車輛j所占用的帶寬；r_i,R(t),r_i,j分別為將任務傳輸給路邊單元RSU和最優合作車輛j的傳輸速度；

定義任務計算效用，所述任務計算效用等于代理任務執行的費用減去計算資源的費用,t時刻的任務計算效用為：

其中η_i,R,η_i,local,η_i,j分別是三種任務傳輸方案的任務計算成本，單位是RMB/J；β為每個CPU周期消耗的能量；λ₁,λ₂,λ₃＝{0，1}分別為3種任務卸載方式的選擇與否；分別為三種任務卸載方式中的任務計算速率；f_i,R,f_i,local,f_i,j分別代表著三種任務卸載方式中路邊單元，任務車輛i和最優合作車輛j的CPU周期頻率；b為代理商的單位任務執行費用；

定義一個時隙系統內車輛和路邊單元總的效用，表示為：

U(t)＝U_comm(t)+U_comp(t)

總的系統效用是每個時隙成本的疊加再減去切換路邊單元所帶來的花銷：

目標函數表示為：