本發(fā)明涉及5g通訊，尤其是涉及一種車聯(lián)網(wǎng)中基于能源效率的移動(dòng)邊緣計(jì)算任務(wù)卸載方法。

背景技術(shù)：

1、mec（mobile?edge?computation,移動(dòng)邊緣計(jì)算）被認(rèn)為是一種蜂窩基站模型現(xiàn)代化演變和5g技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。mec將計(jì)算和存儲(chǔ)資源引入到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的邊緣，降低終端設(shè)備的計(jì)算時(shí)延和和能耗，提升用戶對(duì)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的體驗(yàn)質(zhì)量，減輕了云計(jì)算中心的高負(fù)載狀態(tài)。

2、在車聯(lián)網(wǎng)中，由于車輛移動(dòng)方向和速度的隨機(jī)性使得動(dòng)態(tài)資源調(diào)度變得非常復(fù)雜和具有挑戰(zhàn)性，因此，在車聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中，卸載和緩存決策的制定以及計(jì)算和緩存資源的優(yōu)化分配至關(guān)重要。目前已經(jīng)有不少的研究集中在車聯(lián)網(wǎng)的任務(wù)卸載策略上。比如一種完全卸載優(yōu)化算法，以及一種考慮多用戶系統(tǒng)中聯(lián)合任務(wù)卸載和資源優(yōu)化方法。這兩類方法都是目前車聯(lián)網(wǎng)中比較典型的任務(wù)卸載算法，但上述第一種算法過多考慮了任務(wù)卸載本身，沒有解決能耗優(yōu)化的問題，第二種算法則鑒于操作的復(fù)雜度，只能應(yīng)用于單個(gè)mec服務(wù)器中。因此，需要研究如何綜合考慮卸載方法及能耗，甚至解決如何將不同任務(wù)卸載到不同鏈路的mec服務(wù)器中，從而使得卸載過程變得更穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有中未綜合考慮卸載方法和能耗，不能將不同任務(wù)卸載到不同鏈路mec服務(wù)器中的問題，提供了一種車聯(lián)網(wǎng)中基于能源效率的移動(dòng)邊緣計(jì)算任務(wù)卸載方法。

2、本發(fā)明的上述技術(shù)問題主要是通過下述技術(shù)方案得以解決的：一種車聯(lián)網(wǎng)中基于能源效率的移動(dòng)邊緣計(jì)算任務(wù)卸載方法，包括設(shè)置在車輛行駛區(qū)域內(nèi)的路邊單元，路邊單元上配置有mec邊緣計(jì)算服務(wù)器，車聯(lián)網(wǎng)包括車載終端，包括以下步驟：

3、根據(jù)車載任務(wù)在本地運(yùn)算所需本地能耗，核算各車載任務(wù)的能源效率，篩選出高能效任務(wù)；

4、根據(jù)車輛與各路邊單元之間距離篩選出目標(biāo)路邊單元；

5、對(duì)于每個(gè)高能效任務(wù)分別計(jì)算其在各目標(biāo)路邊單元中進(jìn)行卸載的總時(shí)間和總能耗；

6、將總時(shí)間和總能耗結(jié)合路邊單元的負(fù)載進(jìn)行歸一化處理，并通過濾波加權(quán)計(jì)算獲得判決評(píng)估值；

7、對(duì)于高能效任務(wù)選取最小判決評(píng)估值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)路邊單元實(shí)施任務(wù)卸載。

8、本發(fā)明通過車載任務(wù)的復(fù)雜度測(cè)算出本地計(jì)算時(shí)間和本地能耗，根據(jù)車載任務(wù)的復(fù)雜度和本地能耗計(jì)算不同車載任務(wù)的能源效率，篩選出高能源效率的車載任務(wù)進(jìn)行卸載。根據(jù)車輛與路邊單元的距離篩選任務(wù)卸載的目標(biāo)路邊單元集合，計(jì)算出卸載鏈路的傳輸速率，進(jìn)而計(jì)算高能效任務(wù)卸載總時(shí)間和總能耗，結(jié)合路邊單元負(fù)載進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理，并進(jìn)行濾波加權(quán)獲得卸載不同車載任務(wù)所需的判決評(píng)估值，根據(jù)最小化原理識(shí)別出目標(biāo)任務(wù)卸載的目標(biāo)路邊單元，能夠保證車輛始終處于較好的卸載質(zhì)量環(huán)境下，為提升任務(wù)卸載的成功率提供實(shí)時(shí)保障。本發(fā)明能夠在5g車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中減輕大數(shù)據(jù)帶來的沉重流量負(fù)擔(dān)，提高內(nèi)容的傳輸質(zhì)量，將內(nèi)容更加貼近用戶，從而顯著降低任務(wù)的計(jì)算延遲和能耗，提升車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的收益和車聯(lián)網(wǎng)用戶的使用感知。

9、作為一種優(yōu)選方案，所述的車載任務(wù)在本地運(yùn)算所需本地能耗，具體為：

10、獲取車載任務(wù)計(jì)算復(fù)雜度，根據(jù)車載終端的計(jì)算能力計(jì)算各車載任務(wù)在本地運(yùn)算所需時(shí)間，并根據(jù)車載終端的計(jì)算功耗，計(jì)算得到各車載任務(wù)在本地運(yùn)算所需本地能耗。

11、本方案基于車載任務(wù)計(jì)算復(fù)雜度、車載終端計(jì)算能力和計(jì)算功耗計(jì)算獲得車載任務(wù)在本地運(yùn)算所需本地能耗。

12、車載任務(wù)包括計(jì)算復(fù)雜度的屬性，即計(jì)算車載任務(wù)所需的車載終端cpu消耗量，車載終端計(jì)算能力和計(jì)算功耗是車載終端的屬性，車載終端計(jì)算能力為單位時(shí)間車載終端cpu消耗量，車載終端計(jì)算功耗為單位消耗量所需的功率消耗。

13、根據(jù)車載終端的計(jì)算能力可計(jì)算出各車載任務(wù)在本地計(jì)算所需時(shí)間，獲得車載任務(wù)本地運(yùn)算所需時(shí)間后再根據(jù)車載終端的計(jì)算功耗，計(jì)算出車載任務(wù)本地運(yùn)算所需本地消耗。

14、車載任務(wù)在本地計(jì)算所需時(shí)間為車載任務(wù)計(jì)算復(fù)雜度與車載終端計(jì)算能力之比乘以10的三次方，該10的三次方為對(duì)單位s到ms的換算。

15、車載任務(wù)在本地運(yùn)算所需本地能耗為車載任務(wù)在本地計(jì)算所需時(shí)間與車載終端計(jì)算功耗的乘積。

16、作為一種優(yōu)選方案，所述的核算各車載任務(wù)的能源效率，篩選出高能效任務(wù)，具體包括：

17、獲取各車載任務(wù)的任務(wù)大小信息，根據(jù)任務(wù)大小與車載任務(wù)在本地運(yùn)算所需本地能耗的比值獲得車載任務(wù)的能源效率；

18、設(shè)定能源效率門限，篩選不小于能源效率門限的車載任務(wù)為高能效任務(wù)。

19、車載任務(wù)包括任務(wù)大小的屬性，任務(wù)大小即車載任務(wù)的數(shù)據(jù)大小，采用單位kb進(jìn)行表示，在計(jì)算得到車載任務(wù)本地運(yùn)算所需本地能耗后，將車載任務(wù)的任務(wù)大小除以本地能耗得能源效率，通過設(shè)定能源效率門限，所有能源效率大于等于能源效率門限的車載任務(wù)被選定為高能效任務(wù)。

20、作為一種優(yōu)選方案，所述的根據(jù)車輛與各路邊單元之間距離篩選出目標(biāo)路邊單元，具體包括：

21、獲取車輛與各路邊單元之間的距離，設(shè)定距離門限，篩選距離不大于距離門限的路邊單元為目標(biāo)路邊單元。

22、本方案根據(jù)車輛與各路邊單元之間的距離篩選出不大于距離門限的路邊單元作為目標(biāo)路邊單元。

23、作為一種優(yōu)選方案，所述的對(duì)于每個(gè)高能效任務(wù)分別計(jì)算其在各目標(biāo)路邊單元中進(jìn)行卸載的總時(shí)間和總能耗，具體包括：

24、計(jì)算車輛與各路邊單元之間mec卸載鏈路的傳輸速率；

25、將高能效任務(wù)的任務(wù)大小分別與目標(biāo)路邊單元對(duì)應(yīng)的傳輸速率相比獲得高能效任務(wù)在目標(biāo)路邊單元中卸載傳輸時(shí)間；

26、獲取相應(yīng)目標(biāo)路邊單元的mec邊緣計(jì)算服務(wù)器的計(jì)算能力，將高能效任務(wù)的任務(wù)計(jì)算復(fù)雜度與mec邊緣計(jì)算服務(wù)器的計(jì)算能力相比獲得高能效任務(wù)在mec邊緣服務(wù)器計(jì)算所需時(shí)間；

27、高能效任務(wù)在目標(biāo)路邊單元中進(jìn)行卸載的總時(shí)間為高能效任務(wù)在目標(biāo)路邊單元中卸載傳輸時(shí)間與高能效任務(wù)在mec邊緣服務(wù)器計(jì)算所需時(shí)間之和；

28、獲取車載終端發(fā)射功率，將車載終端發(fā)射功率與高能效任務(wù)在目標(biāo)路邊單元中卸載傳輸時(shí)間相乘獲得高能效任務(wù)在目標(biāo)路邊單元中進(jìn)行卸載的總能耗。

29、本方案對(duì)每個(gè)高能效任務(wù)進(jìn)行上述計(jì)算，最終獲得各高能效任務(wù)分別在各目標(biāo)路邊單元中進(jìn)行卸載的總時(shí)間和總能耗。

30、先計(jì)算車輛與各路邊單元之間mec卸載鏈路的傳輸速率，根據(jù)高能效任務(wù)大小和傳輸速率來計(jì)算高能效任務(wù)在目標(biāo)路邊單元中卸載傳輸時(shí)間，具體的為將高能效任務(wù)的任務(wù)大小與傳輸速率相除獲得高能效任務(wù)在各目標(biāo)路邊單元中卸載傳輸時(shí)間。卸載傳輸時(shí)間具體計(jì)算過程為任務(wù)大小除以傳輸速率，再乘以8/1024，以及乘以10的三次方，其中8/1024和10的三次方為單位換算。

31、mec邊緣計(jì)算服務(wù)器包括計(jì)算能力，mec邊緣計(jì)算服務(wù)器計(jì)算能力為單位時(shí)間mec邊緣計(jì)算服務(wù)器cpu消耗量，根據(jù)mec邊緣計(jì)算服務(wù)器計(jì)算能力和高能效任務(wù)的任務(wù)大小可以獲得高能效任務(wù)在mec邊緣服務(wù)器計(jì)算所需時(shí)間，具體的為高能效任務(wù)的任務(wù)大小除以mec邊緣計(jì)算服務(wù)器計(jì)算能力。同時(shí)將獲得的卸載傳輸時(shí)間和mec邊緣服務(wù)器計(jì)算所需時(shí)間相加來獲得卸載的總時(shí)間。車載終端包括發(fā)射功率屬性，將發(fā)射功率與卸載傳輸時(shí)間相乘獲得卸載的總能耗。具體的計(jì)算過程為10的發(fā)射功率/10的次方乘以卸載傳輸時(shí)間，再除以1000，其中10的發(fā)射功率/10的次方，1000分別為單位之間的換算。

32、作為一種優(yōu)選方案，所述的將總時(shí)間和總能耗結(jié)合路邊單元的負(fù)載進(jìn)行歸一化處理，并通過濾波加權(quán)計(jì)算獲得判決評(píng)估值，具體包括：

33、分別對(duì)高能效任務(wù)在目標(biāo)路邊單元中卸載的總時(shí)間，總能耗，以及該路邊單元的負(fù)載進(jìn)行趨向一的歸一化處理，獲得總時(shí)間歸一值，總能耗歸一值，目標(biāo)路邊單元負(fù)載歸一值；

34、設(shè)定卸載濾波因子，對(duì)總時(shí)間歸一值和總能耗歸一值進(jìn)行加權(quán)和計(jì)算，獲得卸載過程評(píng)估值；

35、設(shè)定負(fù)載濾波因子，對(duì)卸載過程評(píng)估值和目標(biāo)路邊單元負(fù)載歸一值進(jìn)行加權(quán)和計(jì)算，獲得判決評(píng)估值。

36、趨向一的歸一化處理即數(shù)值處理后以一為中心趨向于一，其計(jì)算過程為計(jì)算對(duì)應(yīng)數(shù)值序列的均值，均值即數(shù)學(xué)期望值，各數(shù)值與均值的比值為數(shù)值歸一值。通過趨向一的歸一化處理，將總時(shí)間、總能耗、負(fù)載分布在以1為中心的范圍(2,0)內(nèi)，以實(shí)現(xiàn)可比性，其中數(shù)值等于均值的歸一值為1，小于均值的歸一值位于?(0,1)范圍內(nèi)，大于均值的歸一值位于(2,1)范圍內(nèi)，本方案趨向一的歸一化處理為歸一化處理的一種變換形式，為現(xiàn)有常規(guī)技術(shù)手段。設(shè)定的卸載濾波因子和負(fù)載濾波因子為權(quán)數(shù)，其范圍都為[0,1]，以卸載濾波因子設(shè)定權(quán)數(shù)，對(duì)總時(shí)間歸一值和總能耗歸一值加權(quán)和計(jì)算，具體的將卸載濾波因子、1與卸載濾波因子的差值作為權(quán)數(shù)，分別與總時(shí)間歸一值、總能耗歸一值相乘，各自的乘積相加得到的加權(quán)和值即為卸載過程評(píng)估值。以負(fù)載濾波因子設(shè)定權(quán)數(shù)，對(duì)卸載過程評(píng)估值和目標(biāo)路邊單元加權(quán)和計(jì)算，具體的將負(fù)載濾波因子、1與負(fù)載濾波因子的差值作為權(quán)數(shù)，分別與目標(biāo)路邊單元負(fù)載歸一值、卸載過程評(píng)估值相乘，各自的乘積相加得到的加權(quán)和值即為判決評(píng)估值。通過上述過程分別獲取各高效能任務(wù)對(duì)應(yīng)所有目標(biāo)路邊單元的判決評(píng)估值。

37、作為一種優(yōu)選方案，所述的對(duì)于高能效任務(wù)選取最小判決評(píng)估值對(duì)應(yīng)的路邊單元實(shí)施任務(wù)卸載，具體包括：

38、對(duì)于高能效任務(wù)，將其對(duì)應(yīng)目標(biāo)路邊單元的所有判決評(píng)估值進(jìn)行升序排列，從序列中選取第一個(gè)判決評(píng)估值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)路邊單元，判斷目標(biāo)路邊單元是否為空，

39、若目標(biāo)路邊單元為空，則將高能效任務(wù)卸載到目標(biāo)路邊單元上，

40、若目標(biāo)路邊單元不為空，則從序列中選取下一個(gè)判決評(píng)估值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)路邊單元，重復(fù)目標(biāo)路邊單元是否為空的判斷；

41、若序列中所有判決評(píng)估值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)路邊單元均被占用，則將高能效任務(wù)進(jìn)行本地處理，不再執(zhí)行卸載操作。

42、高能效任務(wù)對(duì)應(yīng)各目標(biāo)路邊單元的判決評(píng)估值進(jìn)行升序排列，從中選取出最小判決評(píng)估值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)路邊單元實(shí)施任務(wù)卸載。同時(shí)還需對(duì)目標(biāo)路邊單元是否為空即是否被占用進(jìn)行判斷，若未被占用則將高能效任務(wù)卸載到該目標(biāo)路邊單元，若已被占用，則選取下一個(gè)判決評(píng)估值對(duì)應(yīng)的目標(biāo)路邊單元，重復(fù)是否被占用的判斷，以此類推，直到將高能效任務(wù)卸載到目標(biāo)路邊單元。若所有的目標(biāo)路邊單元都被占用，則將高能效任務(wù)進(jìn)行本地處理，不再執(zhí)行卸載操作。對(duì)每個(gè)高能效任務(wù)均進(jìn)行一遍上述操作，對(duì)所有高能效任務(wù)進(jìn)行卸載。

43、作為一種優(yōu)選方案，所述的計(jì)算車輛與各路邊單元之間mec卸載鏈路的傳輸速率，具體為：

44、根據(jù)車輛與路邊單元的距離，計(jì)算mec卸載鏈路質(zhì)量狀態(tài)，結(jié)合mec卸載鏈路信噪比計(jì)算各鏈路傳輸速率。

45、作為一種優(yōu)選方案，所述的計(jì)算mec卸載鏈路質(zhì)量狀態(tài)，具體為：

46、設(shè)定mec卸載鏈路的路損常量和路損系數(shù)，車載終端發(fā)射功率；

47、根據(jù)當(dāng)前車輛到各路邊單元的距離，計(jì)算車輛與各路邊單元的鏈路路徑損耗，鏈路路徑損耗為路損常量加上路損系數(shù)與當(dāng)前車輛到路邊單元的距離/1000的對(duì)數(shù)函數(shù)的乘積；

48、計(jì)算車輛的mec卸載鏈路信道增益，為車載終端發(fā)射功率與鏈路路徑損耗的差值。

49、根據(jù)車輛與路邊單元的距離計(jì)算鏈路路徑損耗，由車載終端發(fā)射功率減去鏈路路徑損耗獲得車輛mec卸載鏈路信道增益即mec卸載鏈路質(zhì)量狀態(tài)。

50、具體的，設(shè)定mec卸載鏈路的路損常量ctdd和路損系數(shù)cfdd，獲取車載終端發(fā)射功率pwrsnd(dbm)；根據(jù)車輛與各路邊單元的距離rdd={rdd1,rdd2,…,?rddm}(m)，計(jì)算車輛與各路邊單元的鏈路路徑損耗，

51、pdlosi=ctdd+cfdd*log(rddi/1000)(db)；

52、其中l(wèi)og()表示常用對(duì)數(shù)函數(shù)。

53、計(jì)算車輛的mec卸載鏈路信道增益即mec卸載鏈路質(zhì)量狀態(tài)，

54、glinki=?pwrsnd-?pdlosi(db)。

55、作為一種優(yōu)選方案，所述的結(jié)合mec卸載鏈路信噪比計(jì)算各鏈路傳輸速率，具體包括：

56、設(shè)定玻爾茲曼常數(shù)、開氏溫度、單資源塊占用子載波數(shù)、子載波帶寬、路邊單元的載波帶寬，

57、將玻爾茲曼常數(shù)、開氏溫度、單資源塊占用子載波數(shù)、子載波帶寬、1024的乘積進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度轉(zhuǎn)換，獲得高斯白噪聲功率譜密度；

58、將各mec卸載鏈路信道增益與高斯白噪聲功率譜密度相差獲得各mec卸載鏈路信噪比；

59、根據(jù)mec卸載鏈路信噪比和載波帶寬計(jì)算各mec卸載鏈路的傳輸速率。

60、根據(jù)dbm與w的轉(zhuǎn)換公式，通過玻爾茲曼常數(shù)、開氏溫度、單資源塊占用子載波數(shù)、子載波帶寬來計(jì)算高斯白噪聲功率譜密度，具體表示如下：

61、設(shè)定玻爾茲曼常數(shù)kb、開氏溫度tk、單資源塊占用子載波數(shù)nmrb、子載波帶寬wdrb(khz)?，計(jì)算高斯白噪聲功率譜密度：

62、ppgs=10*log(kb*tk*nmrb*wdrb*1024)+30(dbm/hz)

63、mec卸載鏈路信噪比為：

64、snri=?glinki-?ppgs(db)，

65、設(shè)定路邊單元的載波帶寬wdcr(mhz)，計(jì)算各mec卸載鏈路的傳輸速率，

66、thri=?wdcr*log2(1+?snri)?(mbps)，

67、其中，log2()表示以2為底的對(duì)數(shù)函數(shù)。

68、因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：通過車載任務(wù)的復(fù)雜度測(cè)算出本地計(jì)算時(shí)間和本地能耗，根據(jù)車載任務(wù)的復(fù)雜度和本地能耗計(jì)算不同車載任務(wù)的能源效率，篩選出高能源效率的車載任務(wù)進(jìn)行卸載。根據(jù)車輛與路邊單元的距離篩選任務(wù)卸載的目標(biāo)路邊單元集合，計(jì)算出卸載鏈路的傳輸速率，進(jìn)而計(jì)算高能效任務(wù)卸載總時(shí)間和總能耗，結(jié)合路邊單元負(fù)載進(jìn)行數(shù)據(jù)歸一化處理，并進(jìn)行濾波加權(quán)獲得卸載不同車載任務(wù)所需的判決評(píng)估值，根據(jù)最小化原理識(shí)別出目標(biāo)任務(wù)卸載的目標(biāo)路邊單元，能夠保證車輛始終處于較好的卸載質(zhì)量環(huán)境下，為提升任務(wù)卸載的成功率提供實(shí)時(shí)保障。