1.一种车联网中基于MEC计算任务卸载的资源分配方法,其特征在于,通过计算车联网系统中的最小总开销确定任务卸载策略,并根据任务卸载策略对系统资源进行分配,包括:S1:构建基于MEC计算任务卸载的资源分配框架;构建基于MEC计算任务卸载的资源分配框架包括:获取车辆信息,根据车辆信息将车辆划分为任务车辆TV和服务车辆SV;将服务车辆SV和路侧单元RSU作为服务节点SN;当任务车辆在执行任务卸载时,将任务分为本地任务卸载和卸载到服务节点;
计算本地任务卸载的时延和能耗;
卸载到服务节点包括卸载到路侧单元RSU和卸载到服务车辆SV;计算卸载到路侧单元RSU的时延和能耗;计算卸载到服务车辆SV的时延和能耗;
根据本地任务卸载的时延和能耗、卸载到路侧单元RSU的时延和能耗以及卸载到服务车辆SV的时延和能耗计算系统的总开销;计算系统总开销的公式为:其中, 表示有任务需要卸载的车辆集合, Ci表示一个任务车辆的开销,C表示系统总开销,λt表示时延因子,λe表示能耗因子,Ti表示系统时延,Ei表示系统能rsu i rsu耗;gi表示卸载决策因子,ki,j表示车辆匹配因子,fi 表示RSU为TV分配的计算资源,f‑max max i表示RSU的最大计算能力,ξi表示任务卸载比,Ti 表示TV 任务的最大容忍时延;θi,k表i i i j示子信道k是否被分配给TV, 表示TV与RSU之间的距离, 表示TV 与SV之间的距离;
S2:任务车辆根据基于MEC计算任务卸载的资源分配框架确定任务车辆的卸载模式,根据卸载模式和任务车辆的初始卸载比确定卸载决策;卸载模式包括任务车辆卸载到服务车辆(V2V)和任务车辆卸载到路侧单元(V2I);确定任务车辆的卸载模式包括:定义任务匹配i j程度M,任务匹配程度等于第i个任务车辆TV选择第j个服务车辆SV作为卸载对象的任务计算时延和距离的加权和,所述距离指任务车辆与服务车辆间的距离;计算任务最大的任务匹配程度,根据最大任务匹配程度为任务车辆寻找最合适的任务卸载对象;计算最大任务匹配程度的公式为:S
其中, 表示车辆i的初始卸载比,αt和αd分别表示计算时间和距离的权重值;N表示服V2V务车辆的车辆集合,Pi表示车辆i的位置,Pj表示车辆j位置;D 表示任务车辆到服务车辆的j通信距离,ci表示车辆i计算车辆的任务所需CPU数, 表示SV的计算能力;
为任务车辆寻找最合适的任务卸载对象的过程包括:采用基于任务匹配程度的动态禁忌长度禁忌搜索配对算法为服务车辆SV寻找合适的服务对象,包括:采用禁忌搜索算法解决该问题时参数设置如下:(1)初始解:设定距离最近配对为初始解;
T
(2)邻域:邻域满足的条件为 因此共有(N ‑S S
N‑2)×N/2个邻域;
j
(3)禁忌对象:对任意SV单行变化最优值时的选择列为禁忌对象;
(4)禁忌长度:设置禁忌长度q的公式为:
其中ω为变化系数,ΔM表示函数值的变化;
(5)候选解:由邻域解集中禁忌最优解和非禁忌最优解组成;
S21:设置初始解和初始禁忌表,且初始禁忌表为空;
S22:计算当前解的邻域,将计算出的邻域设置为禁忌对象,将禁忌对象填入初始禁忌表,得到禁忌最优解和非禁忌最优解;
S23:判断禁忌最优解和非禁忌最优解共同决定的任务匹配程度M是否优于现有的最优解M′,如果优于现有最优解,更新最优解,否则不进行最优解的更新,并返回S2;当M与M'的差值小于极小值ε或者达到最大迭代次数时,停止更新;
S24:根据最优解,将任务车辆集合 分为集合 和 其中,集合表示选择了V2I卸载模式的车辆集合,集合 表示选择了V2V卸载模式的车辆集合;
S3:根据卸载决策为选择的服务节点分配信道分配资源;根据卸载决策为选择的服务节点分配信道分配资源包括:max
S31:将有任务需要卸载的车辆集合 按照任务车辆TV的任务最大容忍时间Ti 升序排序;
S32:将排序后的前K个TV分别制定为K个颜色,根据每种颜色对应一个信道完成对前K个TV的信道分配;
S33:采用图着色算法为未分配信道的TV着色,更新信道分配矩阵;
i max
S34:根据预计时延 与TV 任务的最大容忍时延Ti 的关系依次判断未分配信道的TVmax i max i颜色,如果 小于Ti 则TV被定为k颜色,即把k信道分配给TV;如果 大于Ti 则TV不能被i定为k颜色,即不把k信道分配给TV;
预计时延的计算公式为:
rsu i
其中,ri 为在任务车辆卸载到路侧单元V2I卸载模式下TV在k信道的传输速率, 为i在任务车辆卸载到服务车辆V2V卸载模式下TV 在k信道的传输速率,ci表示车辆i计算车辆av的任务所需CPU数,si表示车辆i中车辆任务的大小,fi 表示车辆i的本地计算能力, 表i S j示路侧单元RSU平均分配给TV的计算资源,N表示服务车辆的车辆集合, 表示SV的计算能力;
S4:更新卸载比;根据更新后的卸载比在信道分配资源上进行任务卸载和资源分配;更新卸载比并根据卸载比在分配的信道分配资源上进行任务卸载及资源分配,包括:在卸载模式确定及信道分配后,任务车辆TV分为车辆集合 和 将优化目标分V2I V2V为C 和C ,分别对优化目标求解;
比较本地计算时间和卸载给SV的时间,将 分为新的两个集合 与 当local off‑sv i local off‑sv iTi ≥Ti 时,任务车辆TV属于 当Ti
其中,Ti 表示任务车辆TV在本地计算的时延,Ti 表示任务卸载给服务车辆的卸off‑rsu载时延,Ti 表示任务卸载给路侧单元的卸载时延;
V2V
对优化目标求解的过程包括:当卸载模式确定为任务车辆卸载到服务车辆V2V后,C优化目标为:V2V
其中,C 表示卸载模式为任务车辆卸载到服务车辆的系统总开销,ca表示集合 中计算车辆的任务所需CPU数,cb表示集合 中计算车辆的任务所需CPU数; 表示集合中车辆任务卸载的最大时延, 表示集合 中车辆任务卸载的最大时延;sa表示集合 中车辆任务的大小,sb表示集合 中车辆任务的大小,pa表示集合 中车辆的计算功率,pb表示集合 中车辆的计算功率,ξa表示集合 的卸载比,ξb表示v集合 的卸载比,κ表示车辆的计算能耗系数, 表示集合 中任务车辆自身的计i j算能力, 表示集合 中任务车辆TV与服务车辆SV通信时的传输速率, 表示集合i j j i中TV与SV通信时的传输速率; 为SV的计算能力,ki,j为车辆匹配因子,表示TV 是j i j否选择SV作为服务对象,ka,j表示集合 中TV是否选择SV作为服务对象,kb,j表示集合i j i j中TV是否选择SV作为服务对象, 表示集合 中TV与SV之间的距离, 表示i j
集合 中TV与SV之间的距离;
V2I
当卸载模式确定为任务车辆卸载到路侧单元V2I后,优化目标C 为V2I
其中,C 表示卸载模式为任务车辆卸载到路侧单元的系统总开销,cc表示集合 中计算车辆的任务所需CPU数,cd表示集合 中计算车辆的任务所需CPU数; 表示集合中车辆任务卸载的最大时延, 表示集合 中车辆任务卸载的最大时延;sc表示集合 中车辆任务的大小,sd表示集合 中车辆任务大小,pc表示集合 中车辆com的计算功率,pd表示集合 中车辆的计算功率,p 表示路侧单元RSU的计算功率, 表v示集合 的卸载比, 表示集合 的卸载比,κ 表示车辆的计算能耗系数, 表示rsu‑max集合 中车辆的本地计算能力, 表示集合 中车辆的本地计算能力,f 表示RSU的最大计算能力, 表示RSU给集合 中车辆分配的计算能力, 表示RSU给集合i中车辆分配的计算能力, 表示集合 中任务车辆TV与RSU通信时的传输速率,i表示集合 中TV与RSU通信时的传输速率; 为集合 中任务车辆的计算能力,i为集合 中RSU的计算能力; 表示集合 中TV与RSU之间的距离, 表示集i V2I i
合 中TV与RSU之间的距离,D 表示TV到RSU的通信距离;
V2V优化问题和V2I优化问题均用CVX工具包对问题求解;
计算优化目标并判断计算结果是否收敛,若收敛则输出最优卸载比和根据最优卸载比得到的最优资源分配结果,若不收敛,则更新卸载比,迭代计算直到结果收敛到最优解后,输出最优卸载比和根据最优卸载比得到的最优资源分配结果,之后任务车辆在分配的信道分配资源上根据最优卸载比进行任务卸载及资源分配。