[發明專利]基于動態資源需求的車路協同在線任務調度方法及系統

有效

• 申請號: 202210851913.9
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN115208892B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 胡世紅;屈志昊;唐斌;葉保留
• 申請（專利權）人: 河海大學;江蘇省未來網絡創新研究院
• 主分類號: H04L67/101
• 分類號: H04L67/101;H04L67/1014;H04L67/12;H04L67/30;H04L67/60;G06N3/0442;G06N3/0455;G06N3/0475;G06N3/094;G06N3/047
• 代理公司: 南京泉為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32408
• 代理人: 許丹丹

本發明公開了一種基于動態資源需求的車路協同在線任務調度方法及系統。所述方法包括：采集信息建立不同任務的請求配置文件數據；利用生成對抗網絡編解碼器GAN?EN提取任務的資源需求特征；通過線性回歸建立不同資源需求行為和資源需求特征的關系，得到資源需求行為指數；基于車路系統中任務在本地、邊緣以及云上計算的時延和需要滿足的資源限制條件，建立調度優化問題方程，優化目標為滿足任務需求指數條件下最大化邊緣服務提供商的利益；利用隨機馬爾可夫博弈對優化問題進行轉化，根據離線生成的專家軌跡訓練模仿學習網絡；根據實時輸入的狀態利用訓練好的網絡獲得調度決策，實現分布式在線任務協同調度。本發明有效利用邊緣資源，提高調度性能。

技術領域

本發明涉及一種基于動態資源需求的車路協同在線任務調度方法及系統，屬于邊緣計算中車路協同調度領域。

背景技術

隨著車聯網和智能交通系統的快速發展，一大批涵蓋信息服務、行車安全和交通效率的車載應用涌現出來。不同的車載服務、路邊傳感器、交通監控設備產生的海量數據給網絡帶寬帶來了巨大的壓力。計算密集型、延遲敏感的服務對網絡的計算、通信和存儲能力提出了嚴峻的挑戰。通過將邊緣計算和車聯網技術相結合，車輛邊緣計算(Vehicular edgecomputing,VEC)能夠處理復雜、異構、動態的車路環境。VEC將不同的任務分配到合適的邊緣進行處理，以保證不同用戶的服務質量(Quality of Service,QoS)，為用戶提供低延遲、高帶寬、高可靠性的服務。任務調度是VEC中的一個重要問題，已經引起了研究者的廣泛關注。現有的工作大多是針對資源有限的車輛進行任務卸載和資源分配。利用配備邊緣服務器的路邊計算單元(Roadside units,RSU)的低延遲優勢，任務調度可以為車輛提供更好的服務質量。目前，車路協同系統下的道路傳感設備和交通監控設備產生了大量的計算需求，不可避免地會與車輛在RSU上爭奪計算資源。因此，一個RSU區域內的任務卸載請求過載可能會顯著降低用戶的QoS。此外，許多新的車載應用和交通應用也在不斷出現，如增強現實、駕駛行為檢測、車牌識別等。

邊緣之間的協作可以有效地解決計算任務過載、任務請求的服務缺失等問題。在邊緣計算研究中，協同任務調度方面已經有一些研究成果。現有的研究技術針對車輛邊緣計算設計的協同在線任務調度方法，重點解決車輛移動性帶來的網絡切換影響下的任務劃分和調度問題，以最小化任務延遲為目標。大規模5G基建為車路協同提供了發展的基石，但5G基站和邊緣服務器的部署、維護和運行所帶來的巨額成本也成為車路協同實際落地的一大阻礙。因此，如何合理地將邊緣資源服務轉化為服務商的實際收益是車路協同下任務調度研究的重要挑戰。車路環境中的計算任務種類繁多，不同任務對資源的需求也不一樣。從服務提供商利益角度出發，無法滿足任務需求的任務調度將減少提供商利益。例如，某些任務可能由于對通信資源的高需求導致其它任務數據無法正常傳輸，或者某些任務對延遲極度敏感，車輛的高度移動使卸載行為無法在截止時間內完成任務。因此，未考慮任務資源需求的調度策略可能導致任務失敗，造成資源浪費，損害服務提供商的利益。

此外，近年來由于機器學習的發展，先進的人工智能(Artificial Intelligence,AI)技術被應用到各個領域。一般情況下，計算卸載過程與邊緣環境的交互可以建模為馬爾可夫決策過程(Markov Decision Process,MDP)問題，深度強化學習(DeepReinforcementLearning,DRL)技術可以有效地解決該問題。但現有的基于DRL技術的任務調度方案大多為集中式離線調度策略，需要基于全局信息進行調度控制，分散在不同位置的邊緣節點無法獨立作出調度決策，導致此類方法的可拓展性差，無法適用于大規模車路邊緣計算場景。

發明內容

發明目的：本發明提出一種基于動態資源需求的車路協同在線任務調度方法及系統，旨在解決大規模車路環境中具有多樣需求任務的協同調度問題。所提方法可在不同資源需求下進行合理調度以達到最大化服務提供商利益的目標，同時支持不同異構邊緣進行獨立在線調度決策，實現方法的大規模拓展應用。

技術方案：為了實現以上發明目的，本發明的技術方案如下：