一种应对小区切换问题的非匀速车辆任务卸载方法

1.本发明属于通信技术领域。具体涉及一种应对小区切换问题的非匀速车辆任务卸载方法。


背景技术：

2.基于车联网的智能交通系统能够为驾驶者提供丰富的应用服务，包括交通监管、自动驾驶、实时导航等。这些应用可以减少交通拥堵和交通事故的发生，从而提高交通效率以及人们的驾驶舒适度。然而，此类应用对响应时间具有严格的要求，并且需要消耗大量的计算资源。车载设备自身由于资源受限，难以满足这些应用的计算需求。传统的云计算虽然能够为车辆用户提供充足的计算资源，缩短计算时间，但是其部署位置通常远离用户终端，导致较大的传播和传输时延开销。移动边缘计算通过在用户接入侧部署边缘服务器，极大地缩短了用户与计算资源间的距离，从而能够有效降低任务卸载的时延开销。
3.当前，对车辆移动边缘计算的研究通常只关注车辆在小区内匀速行驶时的任务卸载问题，未考虑到现实场景中车辆的非匀速行驶与信号强度受环境影响等导致的小区间切换时间和位置的不确定性，从而当车辆用户发生小区切换时，前一个小区的卸载结果未能及时返回，导致卸载任务的中断或丢失，造成用户服务质量恶化。
4.针对这一问题，提出一种基于动态周期分割的混合模式任务卸载方法，最小化车辆用户在小区切换期间的任务中断和丢失，有效降低任务卸载时延。


技术实现要素：

5.本发明旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种应对小区切换问题的非匀速车辆任务卸载方法。本发明的技术方案如下：
6.一种应对小区切换问题的非匀速车辆任务卸载方法，其包括以下步骤：
7.101、根据小区i与i+1重叠区内车辆j的任务请求，初始化任务大小sj，时延约束已完成任务量周期数k＝1，卸载模式决策变量θ
j,k
＝0，二进制变量xj＝0；
8.102、建立与小区i+1关联的可用协作通信车辆集合j
′
，如果选择v2i任务卸载模式，令θ
j,k
＝1，跳转到步骤103，否则，选择v2v2i任务卸载模式，令θ
j,k
＝0，根据距离最短优先原则，从j
′
中选择协作车辆j
′
，更新任务请求车辆j的当前速度vj，以及j与j
′
之间的距离l
j,j
′
，根据v2v的有效通信距离r
v2v
计算v2v链路持续时间跳转到步骤103；
9.103、根据卸载模式决策变量θ
j,k
、车速vj，以及v2v链路持续时间计算当前卸载周期τ
j,k
，如果θ
j,k
＝1，在小区i为车辆j分配服务器资源跳转到步骤104，否则，在小区i+1为车辆j分配服务器资源跳转到步骤104；
10.104、根据卸载模式决策变量θ
j,k
、卸载周期τ
j,k
，以及分配的服务器资源或计算当前周期的任务卸载量s
j,k
，执行任务卸载；
11.105、如果周期k的卸载结果未返回，跳转到步骤106，否则，令跳转到步骤109；
12.106、如果周期k未结束，跳转到步骤107，否则，令跳转到步骤109；
13.107、如果车辆j从小区i切换到小区i+1，令xj＝1，跳转到步骤108，否则，跳转到步骤105；
14.108、如果θ
j,k
＝0，跳转到步骤105，否则，令跳转到步骤109；
15.109、如果θ
j,k
＝1，释放小区i的服务器资源否则，释放小区i+1的服务器资源
16.110、令如果且xj＝0，跳转到步骤102，否则，跳转到步骤111；
17.111、算法结束。
18.进一步的，所述步骤102中v2v链路持续时间计算方法如公式(1)所示：
[0019][0020]
公式(1)中，v
max
表示最大车速，v
min
表示最小车速。
[0021]
进一步的，所述步骤102中v2i任务卸载模式与v2v2i任务卸载模式分别定义如下：
[0022]
v2i任务卸载模式指任务请求车辆将任务卸载到当前小区边缘服务器执行，v2v2i任务卸载模式指任务请求车辆通过协作车辆将任务卸载到下一个小区边缘服务器执行。
[0023]
进一步的，所述步骤103中当前卸载周期τ
j,k
的计算方法如公式(2)所示：
[0024][0025]
公式(2)中，变量α∈(0,10]，β∈(0,1]用于调整当前车速vj和卸载周期τ
j,k
的关系，τ0为最小卸载周期。
[0026]
进一步的，所述步骤103中分配服务器计算资源的计算方法如公式(3)所示：
[0027][0028]
公式(3)中，fi表示小区i服务器总的计算资源，fi表示小区i服务器剩余可用资源，ni表示小区i滞留的车辆数，表示执行任务已经耗费的时间。
[0029]
进一步的，所述步骤104中当前周期的任务卸载量s
j,k
的计算方法如公式(4)所示：
[0030][0031]
公式(4)中，r
v2i
表示车辆和rsu之间的v2i链路传输速率，r
v2v
表示车辆间的v2v链路传输速率，cj表示任务复杂度。
[0032]
本发明的优点及有益效果如下：
[0033]
本发明公开了一种应对小区切换问题的非匀速车辆任务卸载方法。现有的相关研究通常只关注车辆在小区内匀速行驶时的任务卸载问题，未考虑到现实场景中，车辆的非匀速行驶与信号强度受环境影响等导致的小区间切换时间和位置的不确定性，从而难以避免车辆用户发生小区切换时可能出现的卸载任务中断或丢失的问题。本发明根据相邻小区内车辆的实时车速与位置信息，分别为处于小区间重叠覆盖区的任务车辆选择合适的卸载模式。通过选择有效协作车辆，采用v2v2i卸载模式避免随机切换导致的卸载任务中断，通过压缩卸载周期，采用v2i卸载模式最小化卸载任务的丢失，从而有效降低车辆用户在小区切换期间的任务卸载时延。
附图说明
[0034]
图1是本发明提供优选实施例应对小区切换问题的非匀速车辆任务卸载方法流程图。
具体实施方式
[0035]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。
[0036]
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
[0037]
本发明内容所涉及的概念和模型如下。
[0038]
1.网络模型
[0039]
道路上部署多个路边单元rsu，每个rsu上配置一台边缘服务器。rsu覆盖范围为当前小区内的整个道路，且相邻小区具有重叠覆盖区。车辆既可与当前小区rsu通信，也可以与通信范围内的其它车辆进行通信。
[0040]
2.本发明内容所涉及的其它符号说明如下。
[0041]
i：小区i
[0042]
j：车辆j
[0043]
k：周期k
[0044]
sj：车辆j任务大小
[0045]
车辆j任务时延约束
[0046]cj
：车辆j任务复杂度
[0047]
车辆j已经完成的任务量
[0048]
θ
j,k
：卸载模式决策变量
[0049]
判断是否属于有效周期的标志位
[0050]
xj：判断是否发生小区切换的标志位
[0051]j′
：可用协作通信车辆集合
[0052]
vj：车辆j当前行驶速度
[0053]vmax
：车辆最大行驶速度
[0054]vmin
：车辆最小行驶速度
[0055]rv2v
：车辆间的有效通信距离
[0056]
l
j,j
′
：车辆j与j
′
之间的距离
[0057]
v2v链路持续时间
[0058]
τ
j,k
：车辆j当前卸载周期
[0059]
在小区i分配的服务器计算资源
[0060]fi
：小区i服务器剩余可用资源
[0061]fi
：小区i服务器总资源
[0062]
ni：小区i内滞留的车辆数
[0063]sj,k
：车辆j在周期k内卸载的任务数执行车辆j任务已经耗费的时间
[0064]rv2i
：v2i链路传输速率
[0065]rv2v
：v2v链路传输速率
[0066]
本发明的技术方案说明如下。
[0067]
1、v2v链路持续时间
[0068]
计算方法如公式(1)所示：
[0069][0070]
公式(1)中，v
max
表示最大车速，v
min
表示最小车速。
[0071]
2、当前卸载周期τ
j,k
[0072]
计算方法如公式(2)所示：
[0073][0074]
公式(2)中，变量α∈(0,10]，β∈(0,1]用于调整当前车速vj和卸载周期τ
j,k
的关系，τ0为最小卸载周期。
[0075]
3、v2i任务卸载模式与v2v2i任务卸载模式定义
[0076]
v2i任务卸载模式指任务请求车辆将任务卸载到当前小区边缘服务器执行，v2v2i任务卸载模式指任务请求车辆通过协作车辆将任务卸载到下一个小区边缘服务器执行。
[0077]
4、分配服务器计算资源
[0078]
计算方法如公式(3)所示：
[0079][0080]
5、当前周期的任务卸载量s
j,k
[0081]
计算方法如公式(4)所示：
[0082][0083]
一种应对小区切换问题的非匀速车辆任务卸载方法，其具体实施方法包括如下步骤。
[0084]
步骤1：根据小区i与i+1重叠区内车辆j的任务请求，初始化sj，k＝1，θ
j,k
＝0，xj＝0；
[0085]
步骤2：建立与小区i+1关联的可用协作通信车辆集合j
′
，如果选择v2i任务卸载模式，令θ
j,k
＝1，跳转到步骤3，否则，选择v2v2i任务卸载模式，令θ
j,k
＝0，根据距离最短优先原则，从j
′
中选择协作车辆j
′
，更新vj，l
j,j
′
，根据公式(1)计算跳转到步骤3；
[0086]
步骤3：根据公式(2)计算τ
j,k
，如果θ
j,k
＝1，根据公式(3)分配服务器资源跳转到步骤104，否则，根据公式(3)分配服务器资源跳转到步骤104；
[0087]
步骤4：根据公式(4)计算s
j,k
，执行任务卸载；
[0088]
步骤5：如果周期k的卸载结果未返回，跳转到步骤6，否则，令跳转到步骤9；
[0089]
步骤6：如果周期k未结束，跳转到步骤7，否则，令跳转到步骤9；
[0090]
步骤7：如果车辆j从小区i切换到小区i+1，令xj＝1，跳转到步骤8，否则，跳转到步骤5；
[0091]
步骤8：如果θ
j,k
＝0，跳转到步骤5，否则，令跳转到步骤9；
[0092]
步骤9：如果θ
j,k
＝1，释放服务器资源否则，释放服务器资源
[0093]
步骤10：令如果且xj＝0，跳转到步骤2，否则，跳转到步骤11；
[0094]
步骤11：算法结束。
[0095]
上述实施例阐明的方法，具体可以由计算机芯片或实体实现，或者由具有某种功能的产品来实现。一种典型的实现设备为计算机。具体的，计算机例如可以为个人计算机、膝上型计算机、蜂窝电话、相机电话、智能电话、个人数字助理、媒体播放器、导航设备、电子
邮件设备、游戏控制台、平板计算机、可穿戴设备或者这些设备中的任何设备的组合。
[0096]
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0097]
以上这些实施例应理解为仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。在阅读了本发明的记载的内容之后，技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等效变化和修饰同样落入本发明权利要求所限定的范围。