[发明专利]一种适用于RSU覆盖切换的边缘车联网任务卸载方法

权利要求书

1.一种适用于RSU覆盖切换的边缘车联网任务卸载方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取车辆的历史行车数据，利用历史行车数据训练LSTM模型，通过训练完毕的LSTM模型预测未来设定时间段内车辆的移动轨迹；

S2：根据车辆的移动轨迹确定车辆的行驶路段，根据车辆行驶的路段确定车辆即将经过的路边单元RSU2，车辆当前所处的路边单元记为RSU1；

S3：当车辆行驶位置处于路边单元RSU1与路边单元RSU2之间的边界处分别计算三种任务卸载方式的开销；

S4：以车辆行驶每个时隙成本的叠加减去切换路边单元所带来的花销最小为目标函数，利用约束条件求解目标函数得到当前时隙任务卸载方式；

路边单元RSU1、路边单元记RSU2的半径分别为：R₁、R₂，车辆与RSU1之间的传输速率记为车辆与RSU2之间的传输速率记为进行合作下载的任务车车辆有k辆，其中任务车的集合记为Ι，其中车辆i∈Ι，合作车集合记为J，设定车辆i生成一个任务(L_i,C_i,x_i,0,T_i^max)且服从泊松分布，L_i为车辆i的输入任务大小，C_i为车辆i处理任务所需要的CPU周期数,x_i,0为生成任务的位置；T_i^max为车辆i所生成任务的最大处理延迟；

任务可以传输给路边单元或者是合作车辆，也能自己处理，处理任务时，车辆自身处理任务的CPU频率为f_m，路边单元处理任务的CPU频率为f_R，合作车辆车j处理车辆i的任务时占据的CPU的频率为f_i,j；

将车辆行驶的时间分为多个时隙，假定当前时隙为t，t∈{1,2,…,n}；

从车辆i到RSU1的数据传输速度：

其中N为多传输之间的干扰，σ²为白噪声，为RSU1分配给车辆i的带宽，为车辆i将任务传输给RSU1的信道增益，P_i^R1为发射功率；

车辆i到RSU2的数据传输速度为：

其中N为多传输之间的干扰，σ²为白噪声，为RSU2分配给车辆i的带宽，为车辆i将任务传输给RSU2的信道增益，P_i^R2为发射功率；

三种任务卸载方式包括：卸载计算任务至路边单元、车辆自身处理计算任务、将计算任务经过一跳传输至合作车辆；

所述卸载计算任务至路边单元其计算开销包括：

计算路边单元切换的总体开销：

当车辆选择将计算任务传给路边单元时，则存在在路段的前一个路边单元的区域内完成不了任务的情况，若是计算任务已分解为最小单元，此时发生路边单元的切换，则需要将已经传输的数据从RSU1和RSU2之间的链路继续传输给RSU2，剩余的直接送给RSU2，则路边单元切换产生的开销属于多余的开销，多余的开销表示为：

其中r_b是RSU1和RSU2之间的链路传输速度，传输成本为c_b，链路的传输功率是p_b，假定车辆的速度v_t不变，则车辆的移动模型表示为

考虑路边单元的边界，确定是否需要更换路边单元进行传输，得出总的延迟公式；

设RSU1和RSU2的交换边界的时隙是T，则此交换边界相对位置为x_T；

根据车辆的移动模型得到车辆到达交换边界的时刻也为T；

此时，根据交换边界，得出总体的带宽和传输速度的公式，表示为：

其中分别为在RSU1和RSU2传输范围内的带宽；

其中分别为在RSU1和RSU2传输范围内的传输速度；

当前时隙t内，数据的传输量为H_i(t)，计算公式表示为：

其中τ为时隙的长度，分别为在RSU1和RSU2传输范围内的传输速度；

当车辆在RSU1的传输范围内不能传输完任务时，即车辆到达交换边界时，数据的传输量小于任务的大小，用公式可以表示为H_i(T)＜L_i，此时选择进行路边单元切换，切换到RSU2；

则总传输时间为:

根据路边单元切换与否，得到路边单元内部任务计算时间：

其中C_i为车辆i处理此任务所需要的CPU周期数，分别为RSU1和RSU2处理任务时分配给车辆i的CPU频率；

所以，任务的计算速率表示为：

总延迟为传输延迟加任务计算延迟：

车辆自身处理计算任务时，任务处理时间和任务计算速率分别为：

当车辆自身处理计算任务，任务处理时间表示为：

其中f_i,local为车辆i自行处理任务时的CPU频率；

所以，任务计算速率表示为：

将计算任务经过一跳传输至合作车辆具体包括：

确定合作车辆，对任务车辆i周围车辆通过三个指标进行评价，选择三个指标中综合性价比最高的周围车辆作为合作车辆，所述指标包括：基于可分配的计算容量C_i,j、距离D_i,j、在任务车辆身边行驶的时间T_i,j；

综合性价比表示为：

当多个周围车辆作为候选合作车辆时，判断依据表示为：

其中α+β+γ＝1，且为α,β,γ∈(0，1)，α、β、γ表示折扣参数，选出候选合作车辆中最优的合作车辆后，任务车辆i会与最优合作车辆形成一个车辆组合；计算任务总延迟:

任务车辆i到最优合作车辆的V2V链路传输速度为：

其中N为干扰，σ²为白噪声，为传输占用的带宽，为任务车辆i将任务传输给最优合作车辆j的通道增益，P_i^j为发射功率；

任务传输延迟表示为:

任务计算延迟表示为:

任务计算速率表示为：

所以任务处理总延迟表示为:

以车辆行驶每个时隙成本的叠加减去切换路边单元所带来的花销最小为目标函数，利用约束条件求解目标函数得到当前时隙任务卸载方式具体包括：

定义数据传输效用，所述数据传输效用等于代理的网络接入费用减去频谱资源的租用扣费，t时刻的数据传输效用表示为：

其中，a为代理商的单位网络接入成本，单位是RMB/bps；分别是将任务传给路边单元和最优合作车辆j时的带宽租赁成本，单位是RMB/Hz；λ₁,λ₂,λ₃＝{0，1}分别为3种计算任务卸载方式的选择与否，当λ₁,λ₂,λ₃取值为0时，表示不选择对应的任务卸载方式，当λ₁,λ₂,λ₃取值为1时，表示选择对应的任务卸载方式；b_i,R(t),分别为传输给路边单元和最优合作车辆j所占用的带宽；r_i,R(t),r_i,j分别为将任务传输给路边单元RSU和最优合作车辆j的传输速度；

定义任务计算效用，所述任务计算效用等于代理任务执行的费用减去计算资源的费用,t时刻的任务计算效用为：

其中η_i,R,η_i,local,η_i,j分别是三种任务传输方案的任务计算成本，单位是RMB/J；β为每个CPU周期消耗的能量；λ₁,λ₂,λ₃＝{0，1}分别为3种任务卸载方式的选择与否；分别为三种任务卸载方式中的任务计算速率；f_i,R,f_i,local,f_i,j分别代表着三种任务卸载方式中路边单元，任务车辆i和最优合作车辆j的CPU周期频率；b为代理商的单位任务执行费用；

定义一个时隙系统内车辆和路边单元总的效用，表示为：

U(t)＝U_comm(t)+U_comp(t)

总的系统效用是每个时隙成本的叠加再减去切换路边单元所带来的花销：

目标函数表示为：