CN113068152B - 一种车联网中基于信息感知的计算卸载方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车联网中基于信息感知的计算卸载方法。当应用于路侧单元时，该方法包括：步骤S102：接收任务发起节点的车载单元发送的任务协助请求，任务协助请求包括需求标志位；步骤S104：根据需求标志位确定任务发起节点的需求；步骤S106：当任务发起节点的需求为缺少的数据时，利用自身覆盖范围内的周边节点为任务发起节点提供所缺少的数据，以协助任务发起节点进行计算；步骤S108：当任务发起节点的需求为算力时，利用自身或其覆盖范围内的周边节点协助任务发起节点进行计算得到计算结果，并将计算结果发送至任务发起节点。本发明实施例考虑“车车协作的计算方式”，尝试通过周边节点协助任务发起节点完成任务计算，并为路侧单元减少计算负载。

Description

一种车联网中基于信息感知的计算卸载方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及一种车联网中基于信息感知的计算卸载方法。

背景技术

随着无线通信技术、车联网技术的快速发展，越来越多的车载应用应运而生。一些车载应用如障碍物识别、路况分析等不仅需要大量的计算资源，对任务执行的时延也提出了更高的要求，对车辆的计算能力及通信能力带来了很大的挑战。将计算卸载应用到车载网络中一方面有效平衡了车辆的计算机通信损耗，另一方面，实现了设备间的高效协作，为上述应用提供了有效的解决方法。

现有技术中，赵海涛等作者在其发表的论文“基于DQN的车载边缘网络任务分发卸载算法”中提出了一种基于深度Q网络的计算任务分发卸载算法。该计算卸载方法根据车辆计算任务特性合理地进行优先级划分，按照划分的优先级进行计算任务的卸载，之后车辆根据其实时的通信质量完成计算卸载决策，将任务分发至路边单元协助其完成高复杂度任务的计算，实验表明该方法可以有效降低车辆任务的计算时延。但是该文献仅仅考虑将计算任务卸载至路边单元，并未考虑车间计算能力与通信能力的平衡及车车协作计算。

另外，邸剑等作者在其发表的论文“基于网联车多跳传输的移动边缘计算卸载”在车联网中提出了一种多跳传输的移动边缘计算卸载策略，该策略首先将车辆行驶分为车辆队列及自由流，并分别进行未来行驶轨迹的预测。其次基于预测的轨迹发现车辆网络实时最佳多跳传输路径，最后沿该路径将车辆计算任务卸载至移动边缘计算服务器。该计算卸载策略有效降低了任务计算时延，但与上述文献类似的，该策略同样未考虑车辆本身的计算资源与车车协作计算，无法有效利用车载计算资源，且在节点密集环境中，上述两种方法均将车载任务卸载至路边设备，会使得路边单元或路边移动边缘计算服务器计算任务过重，引起系统性能的下降。

发明内容

鉴于上述问题，提出了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的车联网中基于信息感知的计算卸载方法。

本发明的一个目的在于提供一种可利用周边节点的计算资源、实现车车协作计算的车联网中基于信息感知的计算卸载方法。

本发明的一个进一步的目的在于通过优先选择与任务发起节点通信时间最长、最稳定的周边节点协助任务发起节点完成任务计算，保证任务完成的稳定性和质量。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种车联网中基于信息感知的计算卸载方法，应用于路侧单元，所述方法包括：

步骤S102：接收任务发起节点的车载单元发送的任务协助请求，所述任务协助请求包括需求标志位、所述任务发起节点的信息和任务需求信息，其中，所述需求标志位包括指示算力需求的第一指定值或指示数据需求的第二指定值；所述任务协助请求是由所述任务发起节点根据自身数据量、计算能力、任务计算量和任务时延需求判断出自身无法满足任务需求情况下生成；

步骤S104：根据所述需求标志位确定所述任务发起节点的需求；

步骤S106：当所述任务发起节点的需求为缺少的数据时，利用自身覆盖范围内的周边节点为所述任务发起节点提供所缺少的数据，以协助所述任务发起节点进行计算；

步骤S108：当所述任务发起节点的需求为算力时，利用自身或其覆盖范围内的周边节点协助所述任务发起节点进行计算得到计算结果，并将所述计算结果发送至所述任务发起节点。

进一步地，所述利用自身覆盖范围内的周边节点为所述任务发起节点提供所缺少的数据，以协助所述任务发起节点进行计算的步骤包括：

收集所述路侧单元覆盖范围内的周边节点的第一信息；

根据所述周边节点的第一信息和所述任务需求信息判断所述周边节点中是否存在包含所述任务发起节点所缺少的数据的周边节点；

若存在，则向包含所述缺少的数据的周边节点发送指令，以使所述周边节点将所述缺少的数据发送给所述任务发起节点；

若不存在，则根据所述任务协助请求和所述周边节点的第一信息协助所述任务发起节点进行计算得到计算结果，并将所述计算结果发送至所述任务发起节点。

进一步地，当所述需求标志位包括指示数据需求的第二指定值时，所述任务需求信息包括数据需求描述，所述周边节点的第一信息包括所述周边节点的持有数据；

所述根据所述周边节点的第一信息和所述任务需求信息判断所述周边节点中是否存在包含所述任务发起节点所缺少的数据的周边节点的步骤包括：

根据所述周边节点的持有数据和所述数据需求描述判断所述周边节点中是否存在包含所述任务发起节点所缺少的数据的周边节点。

进一步地，所述向包含所述缺少的数据的周边节点发送指令的步骤包括：

判断是否仅存在一个包含所述缺少的数据的周边节点；

若是，则向该一个周边节点发送所述指令；

若否，则根据第一预设规则从包含所述缺少的数据的周边节点中选取第一目标周边节点，向所述第一目标周边节点发送所述指令。

进一步地，所述根据第一预设规则从包含所述缺少的数据的周边节点中选取第一目标周边节点的步骤包括：

选取与所述任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点作为所述第一目标周边节点。

进一步地，所述利用自身或其覆盖范围内的周边节点协助所述任务发起节点进行计算得到计算结果的步骤包括：

收集所述路侧单元覆盖范围内的周边节点的第二信息；

根据所述任务协助请求和所述周边节点的第二信息判断所述周边节点是否能配合所述任务发起节点完成计算任务；

若能完成，则根据第二预设规则选取第二目标周边节点集合协助所述任务发起节点完成计算得到计算结果；

若不能完成，则根据所述任务协助请求进行计算得到计算结果。

进一步地，当所述需求标志位包括指示算力需求的第二指定值时，所述任务发起节点的信息包括所述任务发起节点的计算能力以及任务计算量，所述任务需求信息包括任务时延需求，所述周边节点的第二信息包括所述周边节点的计算能力；

所述根据所述任务协助请求和所述周边节点的第二信息判断所述周边节点是否能配合所述任务发起节点完成计算任务的步骤包括：

根据所述任务发起节点的计算能力、任务计算量、所述任务时延需求和所述周边节点的计算能力，判断所述周边节点是否能配合所述任务发起节点在所述任务时延需求内完成计算任务；

所述根据第二预设规则选取第二目标周边节点集合协助所述任务发起节点完成计算得到计算结果的步骤包括：

步骤S1081：从所述周边节点中选取与所述任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点构成所述第二目标周边节点集合，利用所述第二目标周边节点集合协助所述任务发起节点进行计算；

步骤S1082：判断所述第二目标周边节点集合是否可在所述任务时延需求内完成计算任务；若是，则执行步骤S1083，若否，则执行步骤S1084；

步骤S1083：指示所述第二目标周边节点集合进行计算得到计算结果；

步骤S1084：在剩余周边节点中选取与所述任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点加入所述第二目标周边节点集合，返回至步骤S1082；

其中，循环执行步骤S1082至步骤S1084，直到完成所述计算任务。

进一步地，所述任务发起节点的信息包括所述任务发起节点的位置和速度，所述周边节点的第一信息或所述周边节点的第二信息包括所述周边节点的位置和速度；

根据下式选取与所述任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点：

其中，x_q,y_q为所述任务发起节点的位置坐标，x_j,y_j为所述周边节点的位置坐标，v_j,v_q分别为所述周边节点和所述任务发起节点的速度，R为车车间的最大通信范围，α,β分别为连通时长和连接稳定性的权重。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种车联网中基于信息感知的计算卸载方法，应用于车辆的车载单元，所述方法包括：

步骤S202：当有任务需求时，以所述车辆为任务发起节点，获取所述任务发起节点的信息，所述任务发起节点的信息包括所述任务发起节点的自身数据量和计算能力以及任务计算量；

步骤S204：根据所述任务发起节点的自身数据量、计算能力、任务计算量以及任务时延需求判断所述任务发起节点是否满足任务需求；若是，则直接进行任务计算得到计算结果；若否，则生成任务协助请求发送至路侧单元，并接收所述路侧单元根据所述任务协助请求利用所述路侧单元覆盖范围内的周边节点提供的所述任务发起节点缺少的数据和/或利用所述周边节点协助所述任务发起节点进行计算得到的计算结果，以完成所述计算任务；其中，所述任务协助请求包括需求标志位、所述任务发起节点的信息和任务需求信息，所述需求标志位包括指示算力需求的第一指定值或指示数据需求的第二指定值；所述路侧单元根据所述需求标志位确定所述任务发起节点的需求，并根据所确定的需求以及所述任务协助请求利用所述路侧单元覆盖范围内的周边节点为所述任务发起节点提供所缺少的数据或协助所述任务发起节点进行计算。

进一步地，所述步骤S204包括：

步骤S2041：判断所述任务发起节点的自身数据量是否满足任务的数据需求；若所述任务发起节点的自身数据量满足任务的数据需求，则执行步骤S2042，若所述任务发起节点的自身数据量不满足任务的数据需求，则执行步骤S2045；

步骤S2042：根据所述任务发起节点的计算能力、所述任务计算量和任务时延需求判断所述任务发起节点是否满足任务的算力需求；若所述任务发起节点满足任务的算力需求，则执行步骤S2043，若所述任务发起节点不满足任务的算力需求，则执行步骤S2044；

步骤S2043：直接进行任务计算得到计算结果；

步骤S2044：将所述需求标志位置为所述第一指定值，生成包括所述需求标志位的第一任务协助请求发送至路侧单元，以便所述路侧单元根据所述第一任务协助请求利用所述路侧单元自身或其覆盖范围内的周边节点协助所述任务发起节点进行计算得到计算结果，并接收所述路侧单元发送的所述计算结果；

步骤S2045：将所述需求标志位置为所述第二指定值，生成包括所述需求标志位的第二任务协助请求发送至所述路侧单元，以便所述路侧单元根据所述第二任务协助请求利用所述路侧单元覆盖范围内的周边节点为所述任务发起节点提供所缺少的数据，之后返回至步骤S2042，直到得到所述计算结果。

进一步地，所述根据所述任务发起节点的计算能力、所述任务计算量和任务时延需求判断所述任务发起节点是否满足任务的算力需求的步骤包括：

将所述任务计算量除以所述任务发起节点的计算能力得到所述任务发起节点的计算所需时间；

将所述任务发起节点的计算所需时间与所述任务时延需求进行比较；

若所述任务发起节点的计算所需时间小于或等于所述任务时延需求，则确定所述任务发起节点满足任务的算力需求；

若所述任务发起节点的计算所需时间大于所述任务时延需求，则确定所述任务发起节点不满足任务的算力需求。

本发明实施例提出的车联网中基于信息感知的计算卸载方法，首先，任务协助请求是由任务发起节点根据自身数据量、计算能力、任务计算量和任务时延需求判断出自身无法满足任务需求情况下生成。任务协助请求包括需求标志位、任务发起节点的信息和任务需求信息，其中，需求标志位包括指示算力需求的第一指定值或指示数据需求的第二指定值。在路侧单元在接收到任务发起节点的车载单元发送的任务协助请求以后，路侧单元可以根据需求标志位中的指定值确定出任务发起节点的需求类型。当任务发起节点的需求为缺少的数据时，路侧单元利用自身覆盖范围内的周边节点为任务发起节点提供所缺少的数据，以协助任务发起节点进行计算。当任务发起节点的需求为算力时，路侧单元利用自身或其覆盖范围内的周边节点协助任务发起节点进行计算得到计算结果，并将计算结果发送至任务发起节点。可以看到，在任务发起节点的计算能力或数据量无法满足任务需求的情况下，本发明实施例考虑到“车车协作的计算方式”，尝试通过周边节点协助任务发起节点完成任务计算，该方法充分利用了周边节点的计算资源，有效提高了车辆任务计算的效率，并为路侧单元减少了计算负载。

进一步地，在任务发起节点不满足数据需求或算力需求的情况下，路侧单元均能够优先选择与任务发起节点通信时间最长、最稳定的周边节点协助任务发起节点完成任务计算，有利于充分利用周边节点的数据和计算资源，保证任务完成的稳定性和质量。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的应用于路侧单元的车联网中基于信息感知的计算卸载方法的流程图；

图2示出了当任务发起节点的需求为缺少的数据时，路侧单元利用自身覆盖范围内的周边节点协助任务发起节点进行计算的流程图；

图3示出了路侧单元向第一目标周边节点发送指令以使第一目标周边节点将任务发起节点所缺少的数据发送至任务发起节点的流程图；

图4示出了当任务发起节点的需求为算力时，路侧单元利用自身或其覆盖范围内的周边节点协助任务发起节点进行计算得到计算结果的流程图；

图5示出了根据第二预设规则选取第二目标周边节点集合协助任务发起节点完成计算的流程图；

图6示出了根据本发明一个实施例的应用于车载单元的车联网中基于信息感知的计算卸载方法的流程图；

图7示出了根据本发明一个实施例的车载单元判断任务发起节点是否满足任务需求，并根据判断结果直接进行任务计算或请求路侧单元协助进行任务计算的流程图；

图8示出了根据本发明一个实施例的结合车载单元和路侧单元的车联网中基于信息感知的计算卸载方法的流程图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

发明人发现，在现有的车联网解决方案中，通常的做法是将车辆的计算任务直接卸载至路边单元，未考虑车辆本身的计算资源与车车协作计算，无法有效利用车载计算资源。并且在车辆较为密集的环境中，将车载任务卸载至路边单元，会使得路边单元或路边移动边缘计算服务器计算任务过重，引起系统性能的下降。

为解决上述问题，本发明实施例提出一种车联网中基于信息感知的计算卸载方法。图1示出了根据本发明一个实施例的应用于路侧单元的车联网中基于信息感知的计算卸载方法的流程图。参照图1，该方法应用于路侧单元，至少可包括以下步骤S102至步骤S108。

步骤S102：接收任务发起节点的车载单元发送的任务协助请求，任务协助请求包括需求标志位、任务发起节点的信息和任务需求信息，其中，需求标志位包括指示算力需求的第一指定值或指示数据需求的第二指定值；任务协助请求是由任务发起节点根据自身数据量、计算能力、任务计算量和任务时延需求判断出自身无法满足任务需求情况下生成。

步骤S104：根据需求标志位确定任务发起节点的需求。

步骤S106：当任务发起节点的需求为缺少的数据时，利用自身覆盖范围内的周边节点为任务发起节点提供所缺少的数据，以协助任务发起节点进行计算。

步骤S108：当任务发起节点的需求为算力时，利用自身或其覆盖范围内的周边节点协助任务发起节点进行计算得到计算结果，并将计算结果发送至任务发起节点。

在本发明实施例中，首先，任务协助请求是由任务发起节点根据自身数据量、计算能力、任务计算量和任务时延需求判断出自身无法满足任务需求情况下生成。任务协助请求包括需求标志位、任务发起节点的信息和任务需求信息，其中，需求标志位包括指示算力需求的第一指定值或指示数据需求的第二指定值。在路侧单元在接收到任务发起节点的车载单元发送的任务协助请求以后，路侧单元可以根据需求标志位中的指定值确定出任务发起节点的需求类型。当任务发起节点的需求为缺少的数据时，路侧单元利用自身覆盖范围内的周边节点为任务发起节点提供所缺少的数据，以协助任务发起节点进行计算。当任务发起节点的需求为算力时，路侧单元利用自身或其覆盖范围内的周边节点协助任务发起节点进行计算得到计算结果，并将计算结果发送至任务发起节点。可以看到，在任务发起节点的计算能力或数据量无法满足任务需求的情况下，本发明实施例考虑到“车车协作的计算方式”，尝试通过周边节点协助任务发起节点完成任务计算，该方法充分利用了周边节点的计算资源，有效提高了车辆任务计算的效率，并为路侧单元减少了计算负载。

上述步骤S102提及，任务协助请求的需求标志位包括指示算力需求的第一指定值或指示数据需求的第二指定值。例如，第一指定值可以为1，第二指定值可以为0，路侧单元根据指定值的不同可以区分任务发起节点的不同任务需求。在本发明中，当路侧单元接收到的需求标志位的指定值为1时，代表任务发起节点的需求为算力需求。当路侧单元收到的需求标志位的指定值为0时，代表任务发起节点的需求为缺少的数据。针对两种不同情况，本发明实施例给出了两种不同的计算策略，下面将进行详细介绍。

情况一，当任务发起节点的需求为缺少的数据时，路侧单元将利用自身覆盖范围内的周边节点为任务发起节点提供所缺少的数据，以协助任务发起节点进行计算。具体地，可以通过以下方式实现：

参照图2，首先，收集路侧单元覆盖范围内的周边节点的第一信息。随后，根据周边节点的第一信息和任务需求信息判断周边节点中是否存在包含任务发起节点所缺少的数据的周边节点。若存在，则向包含缺少的数据的周边节点发送指令，以使周边节点将缺少的数据发送给任务发起节点。若不存在，则根据任务协助请求和周边节点的第一信息协助任务发起节点进行计算得到计算结果，并将计算结果发送至任务发起节点。也就是说，在任务发起节点发出任务协助请求以后，优先通过路侧单元覆盖范围内的周边节点协助任务发起节点进行任务计算，在路侧单元覆盖范围内的周边节点不能协助任务发起节点完成任务计算的情况下，再通过路侧单元协助任务发起节点完成任务计算。

需要说明的是，第一信息仅代表路侧单元覆盖范围内的所有周边节点的数据信息，当判断出任务发起节点的需求为所缺少的数据时，路侧单元可以有针对性地只需收集周边节点的数据信息，使周边节点将任务发起节点所缺少的数据发送至任务发起节点。如此，可以显著地降低路侧单元的通信负载。

在一个可选实施例中，在根据周边节点的第一信息和任务需求信息判断周边节点中是否存在包含任务发起节点所缺少的数据的周边节点时，路侧单元接收到的任务需求信息可以包括数据需求描述，路侧单元收集到的周边节点的第一信息可以包括周边节点的持有数据，通过将周边节点的持有数据与任务需求信息的数据需求描述进行比较，能够判断出周边节点中是否存在包含任务发起节点所缺少的数据的周边节点。

参照图3，考虑到可能会存在多个周边节点均包含任务发起节点所缺少的数据，为避免任务发起节点重复收到所缺少的数据，本发明实施例提供了一种可选的方案，即，在路侧单元向包含缺少的数据的周边节点发送指令时，可以先判断是否仅存在一个包含缺少的数据的周边节点。若是，则以该周边节点为第一目标周边节点，向该第一目标周边节点发送指令，通过该第一目标周边节点将任务发起节点所缺少的数据发送至任务发起节点，从而协助任务发起节点进行任务计算。若否，则可以根据第一预设规则从包含缺少的数据的周边节点中选取第一目标周边节点，向该第一目标周边节点发送指令，通过该第一目标周边节点将任务发起节点所缺少的数据发送至任务发起节点，从而协助任务发起节点进行任务计算。

具体地，任务发起节点的信息可以包括任务发起节点的位置和速度，周边节点的第一信息可以包括周边节点的位置和速度。在根据第一预设规则从包含缺少的数据的周边节点中选取第一目标周边节点时，可以根据任务发起节点的位置和速度和周边节点的位置和速度，选取与任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点作为第一目标周边节点。

情况二，当任务发起节点的需求为算力时，利用自身或其覆盖范围内的周边节点协助任务发起节点进行计算得到计算结果，并将计算结果发送至任务发起节点。具体地，可以通过以下方式实现：

参照图4，首先，收集路侧单元覆盖范围内的周边节点的第二信息。随后，根据任务协助请求和周边节点的第二信息判断周边节点是否能配合任务发起节点完成计算任务。若能完成，则根据第二预设规则选取第二目标周边节点集合协助任务发起节点完成计算得到计算结果。若不能完成，则根据任务协助请求进行计算得到计算结果。

需要说明的是，第二信息仅代表路侧单元覆盖范围内的所有周边节点的算力信息，当判断出任务发起节点的需求为算力时，路侧单元可以有针对性地只需收集周边节点的算力信息，挑选出计算能力足够的周边节点配合任务发起节点完成任务计算。如此，可以显著地降低路侧单元的通信负载。

在一个可选实施例中，在根据任务协助请求和周边节点的第二信息判断周边节点是否能配合任务发起节点完成计算任务时，路侧单元接收到的任务发起节点的信息可以包括任务发起节点的计算能力以及任务计算量，任务需求信息可以包括任务时延需求，周边节点的第二信息可以包括周边节点的计算能力，根据任务发起节点的计算能力、任务计算量、任务时延需求和周边节点的计算能力来判断周边节点是否能配合任务发起节点在任务时延需求内完成计算任务。也就是说，在任务发起节点的计算能力不能在任务时延需求内完成计算任务的情况下，通过选取的周边节点与任务发起节点共同计算，并且判断是否能在任务时延需求内完成计算任务。

参照图5，在一个可选实施例中，根据第二预设规则选取第二目标周边节点集合协助任务发起节点完成计算得到计算结果可以包括以下步骤：

步骤S1081：从周边节点中选取与任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点构成第二目标周边节点集合，利用第二目标周边节点集合协助任务发起节点进行计算。

步骤S1082：判断第二目标周边节点集合是否可在任务时延需求内完成计算任务；若是，则执行步骤S1083，若否，则执行步骤S1084。

步骤S1083：指示第二目标周边节点集合进行计算得到计算结果。

步骤S1084：在剩余周边节点中选取与任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点加入第二目标周边节点集合，返回至步骤S1082。

循环执行步骤S1082至步骤S1084，直到完成计算任务。

具体地，任务发起节点的信息可以包括任务发起节点的位置和速度，周边节点的第二信息可以包括周边节点的位置和速度。在根据第二预设规则选取第二目标周边节点集合协助任务发起节点完成计算，可以根据任务发起节点的位置和速度和周边节点的位置和速度，顺序选取与任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点构成第二目标周边节点集合。

在一种具体的实施方案中，可以根据下式选取与任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点：

其中，x_q,y_q为任务发起节点的位置坐标，x_j,y_j为周边节点的位置坐标，v_j,v_q分别为周边节点和任务发起节点的速度，R为车车间的最大通信范围，α,β分别为连通时长和连接稳定性的权重。

相应地，图6示出了根据本发明一个实施例的应用于车载单元的车联网中基于信息感知的计算卸载方法的流程图。参见图6，该方法应用于车辆的车载单元，至少可以包括以下步骤S202至步骤S204。

步骤S202：当有任务需求时，以车辆为任务发起节点，获取任务发起节点的信息，任务发起节点的信息包括任务发起节点的自身数据量和计算能力以及任务计算量。

步骤S204：根据任务发起节点的自身数据量、计算能力、任务计算量以及任务时延需求判断任务发起节点是否满足任务需求；若是，则直接进行任务计算得到计算结果；若否，则生成任务协助请求发送至路侧单元，并接收路侧单元根据任务协助请求利用路侧单元覆盖范围内的周边节点提供的任务发起节点缺少的数据和/或利用周边节点协助任务发起节点进行计算得到的计算结果，以完成计算任务；其中，任务协助请求包括需求标志位、任务发起节点的信息和任务需求信息，需求标志位包括指示算力需求的第一指定值或指示数据需求的第二指定值；路侧单元根据需求标志位确定任务发起节点的需求，并根据所确定的需求以及任务协助请求利用路侧单元覆盖范围内的周边节点为任务发起节点提供所缺少的数据或协助任务发起节点进行计算。

上文步骤S202中提及的任务发起节点的信息还可以包括车辆所处位置、车辆瞬时速度、方向以及车辆传感器获取的图像、红外等信息，通过图像红外等信息可以清楚地了解到车辆的周边状况(例如，周边车辆所在位置以及附近行人所在位置等)。

上文步骤S204中提及的任务协助请求还可以包括请求标志位、任务发起节点的位置、速度和方向。

图7示出了根据本发明一个实施例的车载单元判断任务发起节点是否满足任务需求，并根据判断结果直接进行任务计算或请求路侧单元协助进行任务计算的流程图。参照图7，具体地，步骤S204可包括：

步骤S2041：判断任务发起节点的自身数据量是否满足任务的数据需求；若任务发起节点的自身数据量满足任务的数据需求，则执行步骤S2042，若任务发起节点的自身数据量不满足任务的数据需求，则执行步骤S2045。

步骤S2042：根据任务发起节点的计算能力、任务计算量和任务时延需求判断任务发起节点是否满足任务的算力需求；若任务发起节点满足任务的算力需求，则执行步骤S2043，若任务发起节点不满足任务的算力需求，则执行步骤S2044。

步骤S2043：直接进行任务计算得到计算结果。

步骤S2044：将需求标志位置为第一指定值，生成包括需求标志位的第一任务协助请求发送至路侧单元，以便路侧单元根据第一任务协助请求利用路侧单元自身或其覆盖范围内的周边节点协助任务发起节点进行计算得到计算结果，并接收路侧单元发送的计算结果。

步骤S2045：将需求标志位置为第二指定值，生成包括需求标志位的第二任务协助请求发送至路侧单元，以便路侧单元根据第二任务协助请求利用路侧单元覆盖范围内的周边节点为任务发起节点提供所缺少的数据，之后返回至步骤S2042，直到得到计算结果。

在一个可选实施例中，根据任务发起节点的计算能力、任务计算量和任务时延需求判断任务发起节点是否满足任务的算力需求的步骤包括：

首先，将任务计算量除以任务发起节点的计算能力得到任务发起节点的计算所需时间。然后，将任务发起节点的计算所需时间与任务时延需求进行比较，若任务发起节点的计算所需时间小于或等于任务时延需求，则确定任务发起节点满足任务的算力需求；若任务发起节点的计算所需时间大于任务时延需求，则确定任务发起节点不满足任务的算力需求。具体任务发起节点的计算所需时间的计算公式如下：

其中，T_s为任务计算量，C为任务发起节点的计算能力，D_r为单车计算所需时间(即任务发起节点的计算所需时间)。以D_L表示任务时延需求，若D_r＞D_L则表示任务发起节点无法在任务时延需求内完成计算任务。反之，则表示任务发起节点能够在任务延时需求内完成计算任务。

另外，在车载单元向路侧单元发送第二任务协助请求的情况下，若路侧单元在接收到第二任务协助请求后，发现其覆盖范围内的周边节点中不存在包含任务发起节点所缺少的数据的周边节点，则路侧单元会直接根据第二任务协助请求和周边节点的信息协助任务发起节点进行计算得到计算结果，并将结算结果发送给任务发起节点。任务发起节点接收到计算结果后，本次流程结束。

以上介绍了图1和图6所示实施例的各个环节的多种实现方式，下面参照图8，结合车载单元和路侧单元，通过具体实施例来详细介绍本发明的车联网中基于信息感知的计算卸载方法的实现过程。如图8所示，该计算卸载方法包括以下步骤。

步骤S302：当有任务需求时，以车辆为任务发起节点，车载单元获取任务发起节点的信息，任务发起节点的信息包括任务发起节点的自身数据量和计算能力以及任务计算量。

任务发起节点的信息还可以包括车辆所处位置、车辆瞬时速度、方向以及车辆传感器获取的图像、红外等信息，通过图像、红外等信息可以清楚地了解到车辆的周边状况(例如，周边车辆所在位置以及附近行人所在位置等)。

步骤S304：车载单元判断任务发起节点的自身数据量是否满足任务的数据需求。若任务发起节点的自身数据量满足任务的数据需求，则执行步骤S306，若任务发起节点的自身数据量不满足任务的数据需求，则执行步骤S326。

步骤S306：车载单元根据任务发起节点的计算能力、任务计算量和任务时延需求判断任务发起节点是否满足任务的算力需求。若任务发起节点满足任务的算力需求，则执行步骤S308，若任务发起节点不满足任务的算力需求，则执行步骤S310。

步骤S308：车载单元直接进行任务计算得到计算结果。

步骤S310：车载单元生成包括需求标志位的第一任务协助请求，将需求标志位置为第一指定值，发送第一任务协助请求至路侧单元。

第一任务协助请求还可以包括请求标志位、任务计算量、任务时延需求以及任务发起节点的位置、速度、方向和计算能力。

步骤S312：路侧单元接收任务发起节点的车载单元发送的第一任务协助请求，之后收集自身覆盖范围内的周边节点的第二信息。

其中第二信息仅代表路侧单元覆盖范围内的所有周边节点的算力信息。

步骤S314：路侧单元根据第一任务协助请求和周边节点的第二信息判断周边节点是否能配合任务发起节点完成计算任务。若能完成，执行步骤S316，若不能完成，执行步骤S324。

该步骤中，当需求标志位包括指示算力需求的第一指定值时，周边节点的第二信息包括周边节点的计算能力。将任务计算量除以任务发起节点的计算能力得到任务发起节点的计算所需时间。然后，将任务发起节点的计算所需时间与任务时延需求进行比较，若任务发起节点的计算所需时间小于或等于任务时延需求，则确定任务发起节点满足任务的算力需求。若任务发起节点的计算所需时间大于任务时延需求，则确定任务发起节点不满足任务的算力需求。

步骤S316：路侧单元从周边节点中选取与任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点构成第二目标周边节点集合，利用第二目标周边节点集合协助任务发起节点进行计算。

该步骤中，可以通过以下公式选取与任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点作为第二目标周边节点：

其中，x_q,y_q为任务发起节点的位置坐标，x_j,y_j为周边节点的位置坐标，v_j,v_q分别为周边节点和任务发起节点的速度，R为车车间的最大通信范围，α,β分别为连通时长和连接稳定性的权重。

步骤S318：路侧单元判断第二目标周边节点集合是否可在任务时延需求内完成计算任务。若是，则执行步骤S320，若否，则执行步骤S322。

步骤S320：路侧单元指示第二目标周边节点集合进行计算得到计算结果。

步骤S322：路侧单元在剩余周边节点中选取与任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点加入第二目标周边节点集合，返回至步骤S318。

其中，循环执行步骤S318至步骤S322，直到完成所述计算任务。

步骤S324：路侧单元根据第一任务协助请求进行计算得到计算结果，将计算结果发送给车载单元。

步骤S326：车载单元生成包括需求标志位的第二任务协助请求，将需求标志位置为第二指定值，发送第二任务协助请求至路侧单元。

第二任务协助请求还可以包括请求标志位、数据需求描述以及任务发起节点的位置、速度、方向。

步骤S328：路侧单元接收任务发起节点的车载单元发送的第二任务协助请求，之后收集自身覆盖范围内的周边节点的第一信息。

其中，第一信息仅代表路侧单元覆盖范围内的所有周边节点的数据信息。

步骤S330：路侧单元根据周边节点的第一信息和数据需求描述判断周边节点中是否存在包含任务发起节点所缺少的数据的周边节点。若存在，执行步骤S332，若不存在，执行步骤S342。

该步骤中，当需求标志位包括指示数据需求的第一指定值时，周边节点的第一信息包括周边节点的持有数据。通过将周边节点的持有数据与任务发起节点的数据需求描述进行比较，从而可以较为容易地判断周边节点中是否存在包含任务发起节点所缺少的数据的周边节点。

步骤S332：路侧单元判断是否仅存在一个包含缺少的数据的周边节点。若是，执行步骤S334。若否，执行步骤S338。

步骤S334：路侧单元以该周边节点为第一目标周边节点。

步骤S336：路侧单元向第一目标周边节点发送指令，使其将任务发起节点所缺少的数据发送至任务发起节点。之后，执行步骤S340。

步骤S338：路侧单元根据第一预设规则从包含缺少的数据的周边节点中选取第一目标周边节点。之后，执行步骤S336。

该步骤中，前文已经详细介绍了如何根据第一预设规则选取第一目标节点，这里不再赘述。

步骤S340：车载单元接收第一目标周边节点发送的数据，之后执行步骤S306。

步骤S342：路侧单元根据第二任务协助请求进行计算得到计算结果，并将计算结果发送至任务发起节点。

本发明实施例任务发起节点发起任务之后，首先判断任务发起节点的资源是否可完成任务处理，若任务发起节点的计算及数据资源足够用于该任务的计算，该节点将在本地执行计算任务，如此，相较于将任务传输至路边单元的方法，有效节省了通信资源，且节省了通信时延。若任务发起节点的计算或数据资源无法应对该计算任务，路侧单元将考虑车车协作的计算方式，优先尝试让邻居节点协助数据供给及任务计算，从而有效减轻了路侧单元的计算及通信负载。

根据上述任意一个可选实施例或多个可选实施例的组合，本发明实施例能够达到如下有益效果：

在本发明实施例中，首先，任务协助请求是由任务发起节点根据自身数据量、计算能力、任务计算量和任务时延需求判断出自身无法满足任务需求情况下生成。任务协助请求包括需求标志位、任务发起节点的信息和任务需求信息，其中，需求标志位包括指示算力需求的第一指定值或指示数据需求的第二指定值。在路侧单元在接收到任务发起节点的车载单元发送的任务协助请求以后，路侧单元可以根据需求标志位中的指定值确定出任务发起节点的需求类型。当任务发起节点的需求为缺少的数据时，路侧单元利用自身覆盖范围内的周边节点为任务发起节点提供所缺少的数据，以协助任务发起节点进行计算。当任务发起节点的需求为算力时，路侧单元利用自身或其覆盖范围内的周边节点协助任务发起节点进行计算得到计算结果，并将计算结果发送至任务发起节点。可以看到，在任务发起节点的计算能力或数据量无法满足任务需求的情况下，本发明实施例考虑到“车车协作的计算方式”，尝试通过周边节点协助任务发起节点完成任务计算，该方法充分利用了周边节点的计算资源，有效提高了车辆任务计算的效率，并为路侧单元减少了计算负载。

进一步地，在任务发起节点不满足数据需求或算力需求的情况下，路侧单元均能够优先选择与任务发起节点通信时间最长、最稳定的周边节点协助任务发起节点完成任务计算，有利于充分利用周边节点的数据和计算资源，保证任务完成的稳定性和质量。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种车联网中基于信息感知的计算卸载方法，其特征在于，应用于路侧单元，所述方法包括：

步骤S102：接收任务发起节点的车载单元发送的任务协助请求，所述任务协助请求包括需求标志位、所述任务发起节点的信息和任务需求信息，其中，所述需求标志位包括指示算力需求的第一指定值或指示数据需求的第二指定值；所述任务协助请求是由所述任务发起节点根据自身数据量、计算能力、任务计算量和任务时延需求判断出自身无法满足任务需求情况下生成；

步骤S104：根据所述需求标志位确定所述任务发起节点的需求；

步骤S106：当所述任务发起节点的需求为缺少的数据时，利用自身覆盖范围内的周边节点为所述任务发起节点提供所缺少的数据，以协助所述任务发起节点进行计算；

步骤S108：当所述任务发起节点的需求为算力时，利用自身或其覆盖范围内的周边节点协助所述任务发起节点进行计算得到计算结果，并将所述计算结果发送至所述任务发起节点；其中，

所述利用自身覆盖范围内的周边节点为所述任务发起节点提供所缺少的数据，以协助所述任务发起节点进行计算的步骤包括：

收集所述路侧单元覆盖范围内的周边节点的第一信息；

根据所述周边节点的第一信息和所述任务需求信息判断所述周边节点中是否存在包含所述任务发起节点所缺少的数据的周边节点；

若存在，则向包含所述缺少的数据的周边节点发送指令，以使所述周边节点将所述缺少的数据发送给所述任务发起节点；

若不存在，则根据所述任务协助请求和所述周边节点的第一信息协助所述任务发起节点进行计算得到计算结果，并将所述计算结果发送至所述任务发起节点；

所述利用自身或其覆盖范围内的周边节点协助所述任务发起节点进行计算得到计算结果的步骤包括：

收集所述路侧单元覆盖范围内的周边节点的第二信息；

根据所述任务协助请求和所述周边节点的第二信息判断所述周边节点是否能配合所述任务发起节点完成计算任务；

若能完成，则根据第二预设规则选取第二目标周边节点集合协助所述任务发起节点完成计算得到计算结果；

若不能完成，则根据所述任务协助请求进行计算得到计算结果。

2.根据权利要求1所述的计算卸载方法，其特征在于，当所述需求标志位包括指示数据需求的第二指定值时，所述任务需求信息包括数据需求描述，所述周边节点的第一信息包括所述周边节点的持有数据；

所述根据所述周边节点的第一信息和所述任务需求信息判断所述周边节点中是否存在包含所述任务发起节点所缺少的数据的周边节点的步骤包括：

根据所述周边节点的持有数据和所述数据需求描述判断所述周边节点中是否存在包含所述任务发起节点所缺少的数据的周边节点。

3.根据权利要求2所述的计算卸载方法，其特征在于，所述向包含所述缺少的数据的周边节点发送指令的步骤包括：

判断是否仅存在一个包含所述缺少的数据的周边节点；

若是，则向该一个周边节点发送所述指令；

若否，则根据第一预设规则从包含所述缺少的数据的周边节点中选取第一目标周边节点，向所述第一目标周边节点发送所述指令。

4.根据权利要求3所述的计算卸载方法，其特征在于，

所述根据第一预设规则从包含所述缺少的数据的周边节点中选取第一目标周边节点的步骤包括：

选取与所述任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点作为所述第一目标周边节点。

5.根据权利要求1所述的计算卸载方法，其特征在于，当所述需求标志位包括指示算力需求的第二指定值时，所述任务发起节点的信息包括所述任务发起节点的计算能力以及任务计算量，所述任务需求信息包括任务时延需求，所述周边节点的第二信息包括所述周边节点的计算能力；

所述根据所述任务协助请求和所述周边节点的第二信息判断所述周边节点是否能配合所述任务发起节点完成计算任务的步骤包括：

根据所述任务发起节点的计算能力、任务计算量、所述任务时延需求和所述周边节点的计算能力，判断所述周边节点是否能配合所述任务发起节点在所述任务时延需求内完成计算任务；

所述根据第二预设规则选取第二目标周边节点集合协助所述任务发起节点完成计算得到计算结果的步骤包括：

步骤S1081：从所述周边节点中选取与所述任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点构成所述第二目标周边节点集合，利用所述第二目标周边节点集合协助所述任务发起节点进行计算；

步骤S1082：判断所述第二目标周边节点集合是否可在所述任务时延需求内完成计算任务；若是，则执行步骤S1083，若否，则执行步骤S1084；

步骤S1083：指示所述第二目标周边节点集合进行计算得到计算结果；

步骤S1084：在剩余周边节点中选取与所述任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点加入所述第二目标周边节点集合，返回至步骤S1082；

其中，循环执行步骤S1082至步骤S1084，直到完成所述计算任务。

6.根据权利要求4或5所述的计算卸载方法，其特征在于，所述任务发起节点的信息包括所述任务发起节点的位置和速度，所述周边节点的第一信息或所述周边节点的第二信息包括所述周边节点的位置和速度；

根据下式选取与所述任务发起节点通信时间最长、连接最稳定的周边节点：

其中，x_q,y_q为所述任务发起节点的位置坐标，x_j,y_j为所述周边节点的位置坐标，v_j,v_q分别为所述周边节点和所述任务发起节点的速度，R为车车间的最大通信范围，α,β分别为连通时长和连接稳定性的权重。

7.一种车联网中基于信息感知的计算卸载方法，其特征在于，应用于车辆的车载单元，所述方法包括：

步骤S202：当有任务需求时，以所述车辆为任务发起节点，获取所述任务发起节点的信息，所述任务发起节点的信息包括所述任务发起节点的自身数据量和计算能力以及任务计算量；

步骤S204：根据所述任务发起节点的自身数据量、计算能力、任务计算量以及任务时延需求判断所述任务发起节点是否满足任务需求；若是，则直接进行任务计算得到计算结果；若否，则生成任务协助请求发送至路侧单元，并接收所述路侧单元根据所述任务协助请求利用所述路侧单元覆盖范围内的周边节点提供的所述任务发起节点缺少的数据和/或利用所述周边节点协助所述任务发起节点进行计算得到的计算结果，以完成所述计算任务；其中，所述任务协助请求包括需求标志位、所述任务发起节点的信息和任务需求信息，所述需求标志位包括指示算力需求的第一指定值或指示数据需求的第二指定值；所述路侧单元根据所述需求标志位确定所述任务发起节点的需求，并根据所确定的需求以及所述任务协助请求利用所述路侧单元覆盖范围内的周边节点为所述任务发起节点提供所缺少的数据或协助所述任务发起节点进行计算；其中，

所述步骤S204包括：

步骤S2041：判断所述任务发起节点的自身数据量是否满足任务的数据需求；若所述任务发起节点的自身数据量满足任务的数据需求，则执行步骤S2042，若所述任务发起节点的自身数据量不满足任务的数据需求，则执行步骤S2045；

步骤S2042：根据所述任务发起节点的计算能力、所述任务计算量和任务时延需求判断所述任务发起节点是否满足任务的算力需求；若所述任务发起节点满足任务的算力需求，则执行步骤S2043，若所述任务发起节点不满足任务的算力需求，则执行步骤S2044；

步骤S2043：直接进行任务计算得到计算结果；

步骤S2044：将所述需求标志位置为所述第一指定值，生成包括所述需求标志位的第一任务协助请求发送至路侧单元，以便所述路侧单元根据所述第一任务协助请求利用所述路侧单元自身或其覆盖范围内的周边节点协助所述任务发起节点进行计算得到计算结果，并接收所述路侧单元发送的所述计算结果；其中，利用所述路侧单元自身或其覆盖范围内的周边节点协助所述任务发起节点进行计算得到计算结果的步骤包括：

收集所述路侧单元覆盖范围内的周边节点的第二信息；

根据所述任务协助请求和所述周边节点的第二信息判断所述周边节点是否能配合所述任务发起节点完成计算任务；

若能完成，则根据第二预设规则选取第二目标周边节点集合协助所述任务发起节点完成计算得到计算结果；

步骤S2045：将所述需求标志位置为所述第二指定值，生成包括所述需求标志位的第二任务协助请求发送至所述路侧单元，以便所述路侧单元根据所述第二任务协助请求利用所述路侧单元覆盖范围内的周边节点为所述任务发起节点提供所缺少的数据，之后返回至步骤S2042，直到得到所述计算结果，其中，利用所述路侧单元覆盖范围内的周边节点为所述任务发起节点提供所缺少的数据的步骤包括：

收集所述路侧单元覆盖范围内的周边节点的第一信息；

根据所述周边节点的第一信息和所述任务需求信息判断所述周边节点中是否存在包含所述任务发起节点所缺少的数据的周边节点；

若存在，则向包含所述缺少的数据的周边节点发送指令，以使所述周边节点将所述缺少的数据发送给所述任务发起节点；

若不存在，则根据所述任务协助请求和所述周边节点的第一信息协助所述任务发起节点进行计算得到计算结果，并将所述计算结果发送至所述任务发起节点。

8.根据权利要求7所述的计算卸载方法，其特征在于，

所述根据所述任务发起节点的计算能力、所述任务计算量和任务时延需求判断所述任务发起节点是否满足任务的算力需求的步骤包括：

将所述任务计算量除以所述任务发起节点的计算能力得到所述任务发起节点的计算所需时间；

将所述任务发起节点的计算所需时间与所述任务时延需求进行比较；

若所述任务发起节点的计算所需时间小于或等于所述任务时延需求，则确定所述任务发起节点满足任务的算力需求；

若所述任务发起节点的计算所需时间大于所述任务时延需求，则确定所述任务发起节点不满足任务的算力需求。