CN102185905A

CN102185905A - 基于wifi的公交车载数据传输调度方法

Info

Publication number: CN102185905A
Application number: CN2011100987062A
Authority: CN
Inventors: 郑雅羽; 孙彬; 杨雷刚; 俞立
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2011-04-20
Filing date: 2011-04-20
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2031-04-20
Also published as: CN102185905B

Abstract

基于WIFI的公交车载数据传输调度方法，包括公交车辆进入车场，将需求信息和传输速度传输至服务器中；初始传输序列生成；性能检查；将车辆传输序列进行随机排列，形成初始化染色体种群，并根据适应度函数计算结果评价染色体优劣；对种群中的个体采用交叉变异的方式进行进化，采用轮盘赌的方式从种群中选择下代的个体；重新评价每个个体的优劣，将最后一次计算结果中的最优解，作为最后的数据传输调度结果；传输任务调度结果输出。本发明具有合理利用服务器带宽，减少车辆能耗，传输效率高的优点。

Description

基于WIFI的公交车载数据传输调度方法

技术领域

本发明涉及一种信息处理、计算机应用领域，尤其涉及的是，一种基于WIFI的公交车载数据传输调度方法。

背景技术

基于WIFI的公交车载无线数据传输就是公交车载嵌入式设备，通过WIFI局域网连接服务器，利用FTP协议传输公交车所需的更新数据。目前的传输过程中，由于缺乏合理的调度策略，车辆的传输通常是以先来先服务(FCFS-First Come First Served)为基本原则。但是由于服务器资源有限，当车辆较多时，这种方法容易导致服务器负载，从而影响传输效率，车辆能耗增加，在固定时间内无法完成高优先内容数据的传输。

公开号为101047640A(申请号为200610090405.4)的中国专利《无线接入承载数据传输方法》提出了将所需的传输的数据根据类型分类，并放入相应的队列中，再根据按优先级的调度策略发送数据，以此保证不同业务的不同QoS需求。但是这种方法只考虑了带宽的需求，却没有考虑车辆在传输中的能耗问题。

公开号为101692648A(申请号为200910161755.9)的中国专利《一种队列调度方法及系统》则提出了一种新的队列调度方法，该方法将数据的传输速率设置为阈值，根据网络状况将传输速率在阈值范围内的节点分为一组队列，再根据优先度高低的顺序，实现传输的调度。该方法虽然可以保证高优先队列的带宽，提高业务质量，但也没有考虑作为节点的车辆的能耗问题，无法满足节约车辆能耗的需求。

要解决的问题简要描述为，在一个具有固定带宽的服务器上，对于等待传输的车辆给出一个合理的传输序列，在最短的时间内，完成车辆的更新。Goel等人在论文《Scheduling data transfers in a network and the set scheduling problem》提出这种在线FTP问题可以被抽象为单机调度问题，其典型模型为1|r_j|∑c_jW_j，目标是加权总完工时间最小。

Agnetis等人在此研究基础之上，在论文《Multi-agent single machine scheduling》提出了多客户竞争共同资源这类机器调度问题的模。但由于公交车载无线数据传输问题的一些特点，如调度以总能耗最小为目标以及高优先数据的优先传输，需要综合考虑所有车辆的等待时间和工作时间。

因此，目前的模型和方法并不能够完全符合实际的需要。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供了一种通过采用高效优化的传输调度方法改变传统的传输方式，合理利用服务器带宽，减少车辆能耗，传输效率高的基于WIFI的公交车载数据传输调度方法。

基于WIFI的公交车载数据传输调度方法，包括以下步骤：

1)、公交车辆进入车场，利用车载WIFI模块连接场站服务器，通过验证模块获得许可信息，将需求信息和传输速度传输至服务器中；

2)、初始传输序列生成：场站服务器在每天的固定时间，根据接收到的车辆需求信息，按照车次顺序生成初始的传输序列；

3)、性能检查：

(3.1)、服务器对初始传输序列进行评估，通过车辆的下载需求量和下载速度，计算单个的下载所需时间，并形成相应的传输清单；

(3.2)、服务器将车辆传输清单传送至调度决策模块，调度决策模块启动基于遗传算法的调度流程；

4)、将车辆传输序列进行随机排列，将随机排列产生的车辆传输顺序作为染色体，形成初始化染色体种群，计算每个染色体对应的所有车辆的总耗能，并根据适应度函数计算结果评价染色体的优劣；

5)、对染色体种群中的染色体个体采用交叉变异的方式进行进化，并采用轮盘赌的方式从种群中选择下代的个体；

6)、重新评价每个个体的优劣，直至完成预先设定的计算次数为止，将最后一次计算结果中的最优解，即车辆的传输顺序，作为最后的数据传输调度结果；

7)、传输任务调度结果输出：服务器获得调度决策模块的调度结果，车辆根据调度结果进行数据下载。

进一步，步骤4)的具体计算方法如下：

4.1)、设共有N辆车需要传输数据，通过随机排列产生一个传输序列{V₁，V₂，V₃...V_N}；

4.2)、建立适应度函数：

w_{i} = \{\begin{matrix} w_{i - 1}, D + v_{i} \leq P \\ \min (T - Z), P + \underset{x &Element; U}{Σ} v_{x} \leq D + v_{i} < P + \underset{x &Element; U}{Σ} v_{x} + v_{k}; \end{matrix}

f = \underset{i &Element; I}{Σ} j \times w_{i} + A_{i} \div v_{i};

其中：w_i为第i辆车的等待时间，I为公交车集合，j为车载设备等待和工作的耗能比，A_i为第i辆车的待下载更新的数据量，v_i为第i辆公交车的最大传输速度，P为服务器总带宽，D为当前下载速度和，T为当前正在下载的公交车花费的总时间集合，U表示已经完成下载的公交车集合，Z表示已经完成下载的公交车花费的总时间集合；

4.3)、根据适应度函数计算结果并评价其优劣。

进一步，步骤5)中的具体计算方法如下：

5.1)、对种群进行交叉和变异操作；

5.2)、采用赌轮盘方式从种群中选择个体。

本发明基于WIFI的公交车载无线数据传输调度问题，提出了一种新的调度方法。该方法提高了传输效率，减少车辆在传输过程中的能耗。

附图说明

图1是调度的流程图。

图2是遗传算法流程图。

具体实施方式

结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体的操作过程。

本发明的调度方法，包括有一台场站服务器提供数据的下载，n台公交车辆V1，V2，…，Vn的等待车辆，在实际应用中，车辆等待时消耗的能量为工作时的三分之一。

基于WIFI的公交车载无线数据传输的调度方法，包括以下步骤：

3)、性能检查：

表1传输清单列表

(4)将车辆传输序列进行随机排列，将随机排列产生的车辆传输顺序作为染色体，形成初始化染色体种群，举例染色体格式为{2，1，3，5，7，8，10，4，6，9}，计算计算每个染色体对应的所有车辆的总耗能，并根据适应度函数计算结果评价其优劣。适应度函数如下：

w_{i} = \{\begin{matrix} w_{i - 1}, D + v_{i} \leq P \\ \min (T - Z), P + \underset{x &Element; U}{Σ} v_{x} \leq D + v_{i} < P + \underset{x &Element; U}{Σ} v_{x} + v_{k} \end{matrix}

f = \underset{i &Element; I}{Σ} j \times w_{i} + A_{i} \div v_{i};

设P为服务器总带宽，D为当前下载速度和，I为公交车集合，v_i，A_i，w_i，t_i，C_i分别为第i辆公交车的最大传输速度，待下载更新的数据量，等待时间，下载时间以及在传输过程中花费的总时间，R表示当前正在下载的公交车集合，其中

T为当前正在下载的公交车花费的总时间集合，U表示已经完成下载的公交车集合，Z表示已经完成下载的公交车花费的总时间集合，由上可得C_i＝A_i÷v_i+w_i；

为了保证车辆的最大传输速度，当前下载速度总和不能大于服务器的总带宽有，

当t_i-1∈T时表明轮到第i辆车准备进入下载，它是否能进入下载取决于下载队列中最快结束下载的车次的传输速度和当前的下载速度总和；

如果当前下载总流量与第i辆车的最大传输速度和不大于总带宽即D+v_i≤P，则第i辆车可以立即进入下载队列进行下载，第i辆车的等待时间与它前一辆车相同，即为w_i＝w_i-1；

当D+v_i≥P时，i车需要等待前续车辆完成下载，释放带宽。设下载队列中最快结束下载的车次为a，则t_a＝min(T)，a∈R，当其下载结束，服务器的空闲带宽能满足第i辆车的最大传输速度，有D-v_a+v_i≤P，D+v_i＞P，则i车的等待时间为min(T)；

如果直到车次k下载完成时，服务器的空闲带宽才满足i车的最大传输速度，有则i车的等待时间为min(T-Z)；

综上所述，第i辆车的等待时间为：

w_{i} = \{\begin{matrix} w_{i - 1}, D + v_{i} \leq P \\ \min (T - Z), P + \underset{x &Element; U}{Σ} v_{x} \leq D + v_{i} < P + \underset{x &Element; U}{Σ} v_{x} + v_{k} \end{matrix}

设车载设备等待和工作的耗能比为j，由上可得目标函数如下：

f = \underset{i &Element; I}{Σ} j \times w_{i} + A_{i} \div v_{i};

(5)对种群中的个体采用交叉变异的方式进行进化，设交叉概率为P_c，变异概率为P_m(P_c＝0.8，P_m＝0.04)；

采用交换子串的交叉算子产生一个[0，1]区间的随机数，如果该随机数小于交叉概率P_c，则首先随机选择两个个体作为父代；然后在基因串上随机选择两点作为交叉点，交换两个父代基因串上交叉点之间的子串，形成两个原型子代；比较两个原型子代在两个交叉点之间的子串，找出对于两个原型子代来说是多余和没有的基因；随机用等位基因将多余的基因用没有的基因替换，形成两个子代；最后重复该过程，直到得到满足约束的子代为止。采用移动变异算子，产生一个[0，1]区间的随机数，当随机数小于变异概率P_m，则随机选择一个个体作为父代，在基因串上随机选择两点作为变异点，交换两点的基因值；

采用轮盘赌的方式从种群中选择下代的个体，每个个体选则概率P(V)与其适应值成反比：

(6)重新评价每个个体的优劣，直至完成预先设定的计算次数为止，将最后一次计算结果中的最优解，即车辆的传输顺序，作为最后的数据传输调度结果。在100次迭代后得到最优目标函数值为：121，所获得的最佳传输序列为：2→8→1→3→9→4→5→6→7→10。

(7)传输任务调度结果输出：服务器获得调度决策模块的调度结果，车辆根据调度结果进行数据下载。

本发明基于WIFI的公交车载无线数据传输调度问题，提出了一种新的调度方法。结果表明，在节省能耗和缩短高优先级内容传输时间两方面具有良好的性能。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims

1.基于WIFI的公交车载数据传输调度方法，包括以下步骤：

3)、性能检查：

4)、将车辆传输序列进行随机排列，将随机排列产生的车辆传输顺序作为染色体，形成初始化染色体种群，计算每个染色体对应的所有车辆的总耗能，并根据适应度函数计算结果评价其优劣；

2.如权利要求1所述的基于WIFI的公交车载数据传输调度方法，其特征在于：步骤4)的具体计算方法如下：

4.2)、建立适应度函数：

w_{i} = \{\begin{matrix} w_{i - 1}, D + v_{i} \leq P \\ \min (T - Z), P + \underset{x &Element; U}{Σ} v_{x} \leq D + v_{i} < P + \underset{x &Element; U}{Σ} v_{x} + v_{k}; \end{matrix}

f = \underset{i &Element; I}{Σ} j \times w_{i} + A_{i} \div v_{i};

4.3)、根据适应度函数计算结果并评价其优劣。

3.如权利要求1或2所述的基于WIFI的公交车载数据传输调度方法，其特征在于：步骤5)中的具体计算方法如下：

5.1)、对种群进行交叉和变异操作；

5.2)、采用赌轮盘方式从种群中选择个体。