CN116208669A - 基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载方法,包括如下步骤:针对车辆端,计算车辆从智慧灯杆请求缓存的通信时延,将全部缓存中最大的通信时延作为车辆的与智慧灯杆网络的通信时延,判断其是否小于车辆向云中心发送请求的时间,若是,则向智慧灯杆网络卸载任务,反之,则向云中心卸载任务;针对智慧灯杆端,以单个智慧灯杆自身利润为指标,将智慧灯杆网络划分为多个联盟,以联盟的利润最大化为优化目标,对联盟内的智慧灯杆组成进行优化,输出最优的联盟组合。本申请还提供一种基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载系统。本申请可以提高车辆端的服务体验及智慧灯杆网络的整体收益。
Description
技术领域
本申请属于移动边缘计算技术领域,具体涉及一种基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载方法及系统。
背景技术
移动边缘计算作为一种新的5G网络架构和关键技术,将云计算资源迁移到用户附近的边缘服务器,用户只需将任务卸载到边缘服务器处理。与云服务器相比,边缘服务器具有更好的灵活性以及较低的延迟。智慧灯杆作为一种新型的多功能移动边缘设备,在城市街道内已经得到了广泛的普及,可以为车辆的任务卸载需求提供服务。
智慧灯杆上边缘服务器所具有的计算能力、缓存空间是有限的,并且在超密集网络中的边缘计算任务卸载会相互产生干扰,增大传输延迟,因此,如何做出有效的卸载决策,以提高车辆端的服务体验及智慧灯杆网络的整体收益是需要重点解决的问题。
因此,实有必要提供一种基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载方法及系统以解决上述问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载方法及系统,针对车辆端,通过对比向智慧灯杆网络和云中心发起请求的时间延迟,选择延迟更小的进行任务卸载;针对智慧网络端,以智慧灯杆自身利润为指标,将智慧灯杆网络划分为多个联盟,以联盟的利润最大化为优化目标,对联盟内的智慧灯杆组成进行优化,输出最优的联盟组合,可以提高车辆端的服务体验及智慧灯杆网络的整体收益。
为了解决上述技术问题,本申请是这样实现的:
一种基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载方法,包括如下步骤:
S1:获取街道内有任务卸载需求车辆的坐标及其任务卸载所需的缓存;
S2:获取街道内智慧灯杆的坐标,为每个所述智慧灯杆随机预装载车辆任务卸载所需的缓存;
S3:计算车辆从智慧灯杆请求缓存的通信时延,,式中,为缓存的通信时间,为缓存的排队延迟;遍历车辆任务卸载所需的全部缓存,将全部缓存中最大的通信时延作为车辆的与智慧灯杆网络的通信时延,判断车辆与智慧灯杆网络的通信时延是否小于车辆向云中心发送请求的时间,若是,则车辆向智慧灯杆网络卸载任务,反之,则向云中心卸载任务;
S4:以单个智慧灯杆自身利润为指标,将智慧灯杆网络划分为多个联盟,以联盟的利润最大化为优化目标,对联盟内的智慧灯杆组成进行优化,输出最优的联盟组合;所述步骤S4具体包括如下步骤:
S41:以单个智慧灯杆自身利润为指标,将智慧灯杆网络划分为多个联盟;
S44:构建优化模型,以联盟的利润最大化为优化目标,对联盟内的智慧灯杆成员进行优化,输出最优的联盟组合,所述优化模型表示为:
优选的,车辆任务卸载所需的缓存包括缓存的种类和缓存所需占据的空间。
优选的,每个所述智慧灯杆上预装载的缓存数量等于每个所述智慧灯杆上缓存的最大装载量。
优选的,所述步骤S3具体包括如下步骤:
S32:遍历车辆任务卸载所需的全部缓存,将全部缓存中最大的通信时延作为车辆的通信时延,将全部缓存中最大的通信时延作为车辆的与智慧灯杆网络的通信时延,判断车辆与智慧灯杆网络的通信时延是否小于车辆向云中心发送请求的时间,若是,则车辆向智慧灯杆卸载任务,反之,则向云中心卸载任务;
优选的,所述步骤S4还包括如下步骤:
本申请还提供一种基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载系统,包括:
第一信息收集模块:获取街道内有任务卸载需求车辆的坐标及其任务卸载所需的缓存;
第二信息收集模块:获取街道内智慧灯杆的坐标,为每个所述智慧灯杆随机预装载车辆任务卸载所需的缓存;
车辆端:计算车辆从智慧灯杆请求缓存的通信时延,,式中,为缓存的通信时间,为缓存的排队延迟;遍历车辆任务卸载所需的全部缓存,将全部缓存中最大的通信时延作为车辆的与智慧灯杆网络的通信时延,判断车辆与智慧灯杆网络的通信时延是否小于车辆向云中心发送请求的时间,若是,则车辆向智慧灯杆卸载任务,反之,则向云中心卸载任务;
智慧灯杆端:以单个智慧灯杆自身利润为指标,将智慧灯杆网络划分为多个联盟,以联盟的利润最大化为优化目标,对联盟内的智慧灯杆组成进行优化,输出最优的联盟组合,优化的过程包括如下步骤:
S41:以单个智慧灯杆自身利润为指标,将智慧灯杆网络划分为多个联盟;
S44:构建优化模型,以联盟的利润最大化为优化目标,对联盟内的智慧灯杆成员进行优化,输出最优的联盟组合,所述优化模型表示为:
本申请的有益效果在于:
使用联盟博弈的方法提出一种在线任务卸载算法,该算法同时考虑了车辆的相对位置和缓存需求与智慧灯杆所装载的缓存及其服务质量,动态调整智慧灯杆所构成的联盟。调整智慧灯杆所装载的缓存,将请求较少的缓存卸载,装载替换为请求繁忙的缓存。本发明将灯杆所能提供的服务质量作为激励收益,使智慧灯杆动态形成联盟,同时,动态调整单个灯杆的缓存配置。保证每次形成的联盟都能使所有智慧灯杆获得的整体收益最大,从而使所有车辆的整体服务质量最好。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
本发明提供一种基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载方法,包括如下步骤:
S1:获取街道内有任务卸载需求车辆的坐标及其任务卸载所需的缓存。
车辆任务卸载所需的缓存包括缓存的种类和缓存所需占据的空间。
S2:获取街道内智慧灯杆的坐标,为每个所述智慧灯杆随机预装载车辆任务卸载所需的缓存。
对于每个车辆而言,其任务卸载所需的缓存可能是多种,对于不同的车辆而言,其任务卸载所需的缓存也可能不同,因此为完成街道内所有车辆的任务卸载需求,所需的缓存数量庞大,无法全部装载于单个所述智慧灯杆上。采用随机装载的方式,利用街道内全部智慧灯杆组成的网络共同为所有的车辆提供任务卸载所需的缓存,在满足任务卸载需求的条件下可以降低缓存的装载成本。
进一步的,为了提高所述智慧灯杆上预装载的缓存的利用率,每个所述智慧灯杆上预装载的缓存数量等于每个所述智慧灯杆上缓存的最大装载量。
S3:计算车辆从智慧灯杆请求缓存的通信时延,,式中,为缓存的通信时间,为缓存的排队延迟;遍历车辆任务卸载所需的全部缓存,将全部缓存中最大的通信时延作为车辆的与智慧灯杆网络的通信时延,判断车辆与智慧灯杆网络的通信时延是否小于车辆向云中心发送请求的时间,若是,则车辆向智慧灯杆卸载任务,反之,则向云中心卸载任务。
智慧灯杆作为边缘设备,用于为车辆端提供服务。针对车辆端而言,核心诉求在于缩短缓存请求的时间,提高任务卸载的效率。因此,若从智慧灯杆网络获取缓存的时间小于向云中心发起请求的时间,则向智慧灯杆网络卸载任务;若从智慧灯杆网络获取缓存的时间不小于向云中心发起请求的时间,则向云中心卸载任务。
所述步骤S3具体包括如下步骤:
其中,,式中,表示车辆与距离最近的智慧灯杆的距离,表示智慧灯杆与临近的智慧灯杆的距离,表示智慧灯杆与拥有缓存的智慧灯杆的距离;表示通信常数,根据信道情况预设。街道内,车辆和各智慧灯杆的坐标均已知,车道与智慧灯杆的距离,相邻智慧灯杆的距离可以根据相应的坐标求得。
车辆向智慧灯杆请求到缓存的过程为:车辆首先向通信范围内距离最近的智慧灯杆发起请求,若智慧灯杆拥有缓存,则完成请求;反之,则通过智慧灯杆向周围的智慧灯杆传送请求,直至传递至智慧灯杆,则完成请求。依照上述过程,则请求到缓存的通信时延包括两部分,其中一部分为缓存的通信时间,通信时间包括车辆向智慧灯杆的通信时间和智慧灯杆向智慧灯杆逐个传递的的通信时间;另一部分为缓存的的排队时间, 智慧灯杆上拥有的缓存可能需要为多辆车辆提供服务,因此当请求传递至智慧灯杆时,还需要额外的等候排队。
具体而言:车辆任务卸载所需的缓存为、、,车辆通信范围内包括3个智慧灯杆、、。智慧灯杆装载的缓存为、、;智慧灯杆装载的缓存为、、;智慧灯杆装载的缓存为、、,车辆与智慧灯杆的距离最近。则车辆首先向智慧灯杆发起请求,可以从所述智慧灯杆上请求到缓存,但是无法请求到缓存、;通过智慧灯杆继续向智慧灯杆发起通信,从智慧灯杆请求到缓存;通过智慧灯杆继续向智慧灯杆发起通信,从智慧灯杆请求到缓存,完成全部缓存的请求。
S32:遍历车辆任务卸载所需的全部缓存,将全部缓存中最大的通信时延作为车辆的通信时延,将全部缓存中最大的通信时延作为车辆的与智慧灯杆网络的通信时延,判断车辆与智慧灯杆网络的通信时延是否小于车辆向云中心发送请求的时间,若是,则车辆向智慧灯杆卸载任务,反之,则向云中心卸载任务。
当缓存的请求时间过长时,车辆直接向运中心发送请求,可以缩短请求的时间,但是此时缓存就会成为冗余的缓存,如果继续装载于智慧灯杆上,会占据智慧灯杆上的缓存空间,影响智慧灯杆上缓存的利用率,因此卸载后装载新的缓存,可以降低对云中心的依赖,同时提高智慧灯杆上缓存的利用率,并且新装载的缓存由云中心下放到智慧灯杆,缩短了通信距离,可以缩短请求的时间。
S4:以智慧灯杆自身利润为指标,将智慧灯杆网络划分为多个联盟,以联盟的利润最大化为优化目标,对联盟内的智慧灯杆组成进行优化,输出最优的联盟组合;所述步骤S4具体包括如下步骤:
S41:以单个智慧灯杆自身利润为指标,将智慧灯杆网络划分为多个联盟;
S44:构建优化模型,以联盟的利润最大化为优化目标,对联盟内的智慧灯杆成员进行优化,输出最优的联盟组合,所述优化模型表示为:
对智慧灯杆端而言,其向车辆端提供缓存并向车辆端收取一定的费用,因此,智慧灯杆端的核心诉求在于利润的最大化。
所述步骤S4还包括如下步骤:
在联盟优化过程中,联盟不断的合并分裂,最终将能生成一个整体利润最大的联盟群体。在形成联盟过程中,由于单个智慧灯杆具备的缓存有多种,且可以服务于多辆车,再加上,可能存在某些联盟范围间车辆请求过于频繁。故可能会出现需要一个智慧灯杆既需要与a范围内智慧灯杆形成一个联盟A,又需要与b范围内智慧灯杆合作形成另一个联盟B,对于这种情况,将智慧灯杆的计算资源根据需要进行分割,使其同时存在于两个联盟中,将其在几个联盟中占据的资源进行累加,确保该智慧灯杆的计算资源不溢出。
本申请还提供一种基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载系统,包括:
第一信息收集模块:获取街道内有任务卸载需求车辆的坐标及其任务卸载所需的缓存;
第二信息收集模块:获取街道内智慧灯杆的坐标,为每个所述智慧灯杆随机预装载车辆任务卸载所需的缓存;
车辆端:计算车辆从智慧灯杆请求缓存的通信时延,,式中,为缓存的通信时间,为缓存的排队延迟;遍历车辆任务卸载所需的全部缓存,将全部缓存中最大的通信时延作为车辆的与智慧灯杆网络的通信时延,判断车辆与智慧灯杆网络的通信时延是否小于车辆向云中心发送请求的时间,若是,则车辆向智慧灯杆卸载任务,反之,则向云中心卸载任务;
智慧灯杆端:以单个智慧灯杆自身利润为指标,将智慧灯杆网络划分为多个联盟,以联盟的利润最大化为优化目标,对联盟内的智慧灯杆组成进行优化,输出最优的联盟组合,优化的过程包括如下步骤:
S41:以单个智慧灯杆自身利润为指标,将智慧灯杆网络划分为多个联盟;
S44:构建优化模型,以联盟的利润最大化为优化目标,对联盟内的智慧灯杆成员进行优化,输出最优的联盟组合,所述优化模型表示为:
上面对本申请的实施例进行了描述,但是本申请并不局限于上述的具体实施方式,上述的具体实施方式仅仅是示意性的,而不是限制性的,本领域的普通技术人员在本申请的启示下,在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下,还可做出很多形式,均属于本申请的保护之内。
Claims (6)
1.一种基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:获取街道内有任务卸载需求车辆的坐标及其任务卸载所需的缓存;
S2:获取街道内智慧灯杆的坐标,为每个所述智慧灯杆随机预装载车辆任务卸载所需的缓存;
S3:计算车辆从智慧灯杆请求缓存的通信时延,,式中,为缓存的通信时间,为缓存的排队延迟;遍历车辆任务卸载所需的全部缓存,将全部缓存中最大的通信时延作为车辆的与智慧灯杆网络的通信时延,判断车辆与智慧灯杆网络的通信时延是否小于车辆向云中心发送请求的时间,若是,则车辆向智慧灯杆网络卸载任务,反之,则向云中心卸载任务;
S4:以单个智慧灯杆自身利润为指标,将智慧灯杆网络划分为多个联盟,以联盟的利润最大化为优化目标,对联盟内的智慧灯杆组成进行优化,输出最优的联盟组合;所述步骤S4具体包括如下步骤:
S41:以单个智慧灯杆自身利润为指标,将智慧灯杆网络划分为多个联盟;
S44:构建优化模型,以联盟的利润最大化为优化目标,对联盟内的智慧灯杆成员进行优化,输出最优的联盟组合,所述优化模型表示为:
2.根据权利要求1所述的基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载方法,其特征在于,车辆任务卸载所需的缓存包括缓存的种类和缓存所需占据的空间。
3.根据权利要求1所述的基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载方法,其特征在于,每个所述智慧灯杆上预装载的缓存数量等于每个所述智慧灯杆上缓存的最大装载量。
4.根据权利要求1所述的基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载方法,其特征在于,所述步骤S3具体包括如下步骤:
S32:遍历车辆任务卸载所需的全部缓存,将全部缓存中最大的通信时延作为车辆的通信时延,将全部缓存中最大的通信时延作为车辆的与智慧灯杆网络的通信时延,判断车辆与智慧灯杆网络的通信时延是否小于车辆向云中心发送请求的时间,若是,则车辆向智慧灯杆卸载任务,反之,则向云中心卸载任务;
6.一种基于智慧灯杆的车载异构网络协同任务卸载系统,其特征在于,包括:
第一信息收集模块:获取街道内有任务卸载需求车辆的坐标及其任务卸载所需的缓存;
第二信息收集模块:获取街道内智慧灯杆的坐标,为每个所述智慧灯杆随机预装载车辆任务卸载所需的缓存;
车辆端:计算车辆从智慧灯杆请求缓存的通信时延,,式中,为缓存的通信时间,为缓存的排队延迟;遍历车辆任务卸载所需的全部缓存,将全部缓存中最大的通信时延作为车辆的与智慧灯杆网络的通信时延,判断车辆与智慧灯杆网络的通信时延是否小于车辆向云中心发送请求的时间,若是,则车辆向智慧灯杆卸载任务,反之,则向云中心卸载任务;
智慧灯杆端:以单个智慧灯杆自身利润为指标,将智慧灯杆网络划分为多个联盟,以联盟的利润最大化为优化目标,对联盟内的智慧灯杆组成进行优化,输出最优的联盟组合,优化的过程包括如下步骤:
S41:以单个智慧灯杆自身利润为指标,将智慧灯杆网络划分为多个联盟;
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