基于SDN架构的车辆计算任务卸载方法技术

本发明专利技术公开了一种基于SDN架构的车辆计算任务卸载方法，包括如下步骤：步骤1：构建基于SDN架构的车辆计算任务卸载系统；步骤2：判断车辆是否能够与UAV或MEC服务器建立通信链路，并根据判断结果制定策略集；步骤3：车辆收集由SDN控制器发来的系统中的全局信息；步骤4：根据SDN控制器提供的全局信息及步骤2中判断车辆是否能够与UAV或MEC服务器建立通信链路的结果，计算当前情况下的策略集中各种决策的支付函数值，并选取支付函数值最小的策略作为当前最优策略。该基于SDN架构的车辆计算任务卸载方法利用博弈论思想，最小化执行计算任务成本的同时还能保证通信的服务质量。

【技术实现步骤摘要】
基于SDN架构的车辆计算任务卸载方法
本专利技术提供了一种基于SDN架构的车辆计算任务卸载方法，可最小化系统成本，同时保证通信的服务质量。
技术介绍
第二次工业革命后，内燃机的专利技术解决了各类交通工具发动机的问题，而发电机的问世也使得人类进入了电气时代。工业技术和生产水平巨大的提升，使汽车行业蓬勃发展。现如今，汽车已成为我们日常生活必不可少的一部分。汽车的数量无比庞大且与日俱增，必须有合理的检测管理措施加以引导。据估计，到2020年联网车辆将达到2.5亿，如此庞大复杂而又实时变化的车辆交通，人力指挥调度是不现实的，人们希望有智能的方式进行管理。这一系统的理念也促使了以路侧单元(RSU)、基站(BS)、车辆(Vehicles)组成的车辆网络(VehicularNetworks)的产生。通过车辆网络，智能交通系统对城市中整体交通情况有一个整体的认知，从而在宏观上实施对城市交通的管理引导。随着车联网的发展，众多车辆应用应运而生。比较流行的车辆应用主要包含路况预警、碰撞避免、智能调速、无人驾驶等。然而实现这些应用需要机器视觉、高精度数字地图或GPS系统、雷达系统等多项技术支持。这些技术会产生大量的数据以及计算任务，而且这些任务许多都是延迟敏感的。目前存在大量传统车辆，这些车辆不具备较强的计算能力，也就不能在时延允许范围内执行完计算任务。因此，这些新兴应用的实施面临着许多挑战。传统车辆计算任务卸载是解决当自身资源及计算性能有限时，传统车辆在处理计算密集型和延迟敏感型应用时面临的能力不足问题的有效办法。移动边缘计算作为新兴的计算方式，具有靠近移动终端，做出快速反应的优势。传统车辆可以将计算任务卸载到边缘云上执行来提升车辆解决资源密集的计算任务的能力和提升计算效率。在一些建筑物密集和基础设施较少的场景，由于建筑物遮挡，车辆与云或边缘云建立连接十分困难，影响通信质量以及计算效率。凭借UAV无视地形的特点，将其部署于这样的区域上空，辅助车辆通信和计算是一个优秀的解决办法。计算任务卸载决策的制定是计算任务卸载问题中的关键，因此，提出一套有效的计算任务卸载方法是本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于SDN(软件定义网络，SoftwareDefinedNetwork)架构的车辆计算任务卸载方法，以优化计算任务执行时间和系统能耗，生成用户之间相互满意的卸载决策。本专利技术提供的技术方案是：基于SDN架构的车辆计算任务卸载方法，包括如下步骤：步骤1：构建基于SDN架构的车辆计算任务卸载系统，所述系统包括UAV、MEC服务器、车辆和SDN控制器，所述SDN控制器与UAV、MEC服务器和车辆信号连接；步骤2：判断车辆是否能够与UAV或MEC服务器建立通信链路，并根据判断结果制定策略集；步骤3：车辆收集由SDN控制器发来的系统中的全局信息，所述全局信息包含：UAV和MEC服务器的位置、UAV和MEC服务器等待队列中的计算任务数量、UAV和MEC服务器的计算能力和有多少车辆正在向UAV或MEC服务器发送卸载数据的信息；步骤4：根据SDN控制器提供的全局信息及步骤2中判断车辆是否能够与UAV或MEC服务器建立通信链路的结果，计算当前情况下的策略集中各种决策的支付函数值，并选取支付函数值最小的策略作为当前最优策略。优选，UAV和MEC服务器分别设置一个等待队列，用来暂时存放卸载过来的计算任务。进一步优选，步骤1中，UAV的飞行高度固定且沿固定轨迹匀速飞行，UAV的巡航轨迹根据UAV的通信覆盖范围，以最大化UAV在该范围内的覆盖率为目标。进一步优选，步骤2中判断车辆是否能够与UAV建立通信链路即判断车辆是否在UAV的通信覆盖范围内，具体步骤如下：车辆首先广播请求信号，若车辆在UAV通信覆盖范围内，则UAV返回给请求者一个应答信号，证明通信链路可以被建立，若超过一定时间未收到应答信号，车辆判定超时即当前不在UAV覆盖范围内；判断车辆是否能够与MEC服务器建立通信链路的步骤如下：车辆向MEC服务器发送请求信号，若MEC服务器收到请求，则返回给请求者一个应答信号，证明通信链路可以建立；若超过一定时间未收到应答信号，则车辆判定请求超时，即当前车辆由于信号遮挡导致不能与MEC服务器建立通信链路。进一步优选，步骤2中，根据判断结果制定策略集的步骤如下：1)若车辆能够与UAV和MEC服务器建立通信链路，则策略集包含如下决策：车辆本地执行计算、卸载计算任务到UAV、卸载计算任务到MEC服务器、卸载计算任务到UAV并由UAV中继到MEC服务器；2)若车辆能够与UAV建立通信链路，但不能与MEC服务器建立连接，则策略集包含如下决策：车辆本地执行计算、卸载计算任务到UAV、卸载计算任务到UAV并由UAV中继到MEC服务器；3)若车辆能够与MEC服务器建立通信链路，但不能与UAV建立连接，则策略集包含如下决策：车辆本地执行计算、卸载计算任务到MEC服务器；4)若车辆不能够与UAV和MEC服务器建立通信链路，则策略集包含如下决策：车辆本地执行计算任务。进一步优选，步骤4中，假设计算任务为In＝(Ci,Oi,Di)，其中，Ci代表执行计算任务In所需的CPU周期，Oi代表卸载计算任务的数据大小，Di代表返回执行计算的结果的数据大小，每种决策的支付函数值的计算方法如下：1)车辆n本地执行计算任务对应的支付函数值的计算方法如下：执行时间成本：能量消耗成本：支付函数为：式中，Loc代表本地执行计算任务，代表车辆n的计算能力，即：每秒钟CPU的周期，表示车辆执行计算的每个CPU单位周期所消耗的能量，表示执行时间成本的权重，表示能量消耗成本的权重，且2)车辆n将计算任务卸载到MEC服务器对应的支付函数值的计算方法如下：执行时间成本：能量消耗成本：支付函数为：式中，V-M代表车辆将计算任务卸载到MEC服务器执行，代表MEC服务器的计算能力，RLTE代表通过LTE接入的数据传输速率，代表车辆发送一个单位的数据所消耗的能量，表示执行时间成本的权重，表示能量消耗成本的权重，且Rn,M表示车辆发送数据给MEC服务器的传输速率，Rn,M通过如下公式计算：式中，W代表信道带宽，PV是车辆传输功率，N0是背景噪声，∑s∈I,s≠nPsHs,M代表除了车辆n以外的同时在向MEC服务器发送数据的其他车辆的数量，Hn,M代表车辆和MEC服务器之间的信道增益，通过如下公式计算：式中，ρv,M表示小规模衰减指数，dn,M表示车辆n和MEC服务器的距离，αV表示信道衰减指数；3)车辆n卸载计算任务到UAV对应的支付函数值的计算方法如下：执行时间成本：能量消耗成本：支付函数为：式中，V-U代表车辆将计算任务卸载到UAV执行，代表UAV的计算能力，RWiFi代表通过无线网络(Wifi)接入的数据传输速率，代表车辆发送一个单本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于SDN架构的车辆计算任务卸载方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤1：构建基于SDN架构的车辆计算任务卸载系统，所述系统包括UAV、MEC服务器、车辆和SDN控制器，所述SDN控制器与UAV、MEC服务器和车辆信号连接；/n步骤2：判断车辆是否能够与UAV或MEC服务器建立通信链路，并根据判断结果制定策略集；/n步骤3：车辆收集由SDN控制器发来的系统中的全局信息，所述全局信息包含：UAV和MEC服务器的位置、UAV和MEC服务器等待队列中的计算任务数量、UAV和MEC服务器的计算能力和有多少车辆正在向UAV或MEC服务器发送卸载数据的信息；/n步骤4：根据SDN控制器提供的全局信息及步骤2中判断车辆是否能够与UAV或MEC服务器建立通信链路的结果，计算当前情况下的策略集中各种决策的支付函数值，并选取支付函数值最小的策略作为当前最优策略。/n

【技术特征摘要】
1.基于SDN架构的车辆计算任务卸载方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：构建基于SDN架构的车辆计算任务卸载系统，所述系统包括UAV、MEC服务器、车辆和SDN控制器，所述SDN控制器与UAV、MEC服务器和车辆信号连接；
步骤2：判断车辆是否能够与UAV或MEC服务器建立通信链路，并根据判断结果制定策略集；
步骤3：车辆收集由SDN控制器发来的系统中的全局信息，所述全局信息包含：UAV和MEC服务器的位置、UAV和MEC服务器等待队列中的计算任务数量、UAV和MEC服务器的计算能力和有多少车辆正在向UAV或MEC服务器发送卸载数据的信息；
步骤4：根据SDN控制器提供的全局信息及步骤2中判断车辆是否能够与UAV或MEC服务器建立通信链路的结果，计算当前情况下的策略集中各种决策的支付函数值，并选取支付函数值最小的策略作为当前最优策略。


2.按照权利要求1所述基于SDN架构的车辆计算任务卸载方法，其特征在于：UAV和MEC服务器分别设置一个等待队列，用来暂时存放卸载过来的计算任务。


3.按照权利要求1所述基于SDN架构的车辆计算任务卸载方法，其特征在于：步骤1中，UAV的飞行高度固定且沿固定轨迹匀速飞行，UAV的巡航轨迹根据UAV的通信覆盖范围，以最大化UAV在该范围内的覆盖率为目标。


4.按照权利要求1所述基于SDN架构的车辆计算任务卸载方法，其特征在于：步骤2中判断车辆是否能够与UAV建立通信链路即判断车辆是否在UAV的通信覆盖范围内，具体步骤如下：车辆首先广播请求信号，若车辆在UAV通信覆盖范围内，则UAV返回给请求者一个应答信号，证明通信链路可以被建立，若超过一定时间未收到应答信号，车辆判定超时即当前不在UAV覆盖范围内；判断车辆是否能够与MEC服务器建立通信链路的步骤如下：车辆向MEC服务器发送请求信号，若MEC服务器收到请求，则返回给请求者一个应答信号，证明通信链路可以建立；若超过一定时间未收到应答信号，则车辆判定请求超时，即当前车辆由于信号遮挡导致不能与MEC服务器建立通信链路。


5.按照权利要求4所述基于SDN架构的车辆计算任务卸载方法，其特征在于：步骤2中，根据判断结果制定策略集的步骤如下：
1)若车辆能够与UAV和MEC服务器建立通信链路，则策略集包含如下决策：车辆本地执行计算、卸载计算任务到UAV、卸载计算任务到MEC服务器、卸载计算任务到UAV并由UAV中继到MEC服务器；
2)若车辆能够与UAV建立通信链路，但不能与MEC服务器建立连接，则策略集包含如下决策：车辆本地执行计算、卸载计算任务到UAV、卸载计算任务到UAV并由UAV中继到MEC服务器；
3)若车辆能够与MEC服务器建立通信链路，但不能与UAV建立连接，则策略集包含如下决策：车辆本地执行计算、卸载计算任务到MEC服务器；
4)若车辆不能够与UAV和MEC服务器建立通信链路，则策略集包含如下决策：车辆本地执行计算任务。


6.按照权利要求1所述基于SDN架构的车辆计算任务卸载方法，其特征在于：步骤4中，假设计算任务为In＝(Ci,Oi,Di)，其中，Ci代表执行计算任务In所需的CPU周期，Oi代表卸载计算任务的数据大小，Di代...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵亮，杨凯淇，刘羽霏，石峻岭，孟桂英，林娜，关云冲，拱长青，
申请(专利权)人：沈阳航空航天大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21