[发明专利]一种发送速率自动调节的车联网任务卸载方法

说明书

本发明提供了一种发送速率自动调节的车联网任务卸载方法，属于车联网技术领域。解决了车联网任务卸载过程中传输延迟大、分组丢失率高的技术问题。其技术方案为：包括卸载决定、车辆任务负载判断、应用层发送速率调节和分组丢失处理四个步骤。本发明的有益效果为：本发明既能有效地利用无线带宽资源，又能减少任务负载过大造成的分组丢失和传输延迟，提高任务卸载的传输效率；通过分组携带的任务id及分组id信息，通知车辆源节点应用层重传特定分组，减少分组丢失造成的任务计算失败，提高任务卸载的传输可靠性。

技术领域

本发明涉及车联网技术领域，尤其涉及一种发送速率自动调节的车联网任务卸载方法。

背景技术

车联网通常由车辆单元OBU(On board Unit)及路边单元RSU(Roadside unit)构成。车间通信可以不依赖RSU，使用自组织联网方式实现数据传输，但当车辆与Internet互访时，可通过RSU实现数据交换。

车载边缘计算(Vehicular Edge Computing,VEC)技术在无线网络边缘部署服务器，就近为车辆用户提供计算与存储功能，降低数据传输延迟并减轻云服务器的负担。任务车辆利用车-车通信(vehicle-to-vehicle,V2V)或车-设施(vehicle-to-infrastructure,V2I)通信传输数据。RSU侧部署的边缘服务器具有比较丰富的计算和缓存资源，负责车辆数据的收集、分发和处理，也可以把数据上传给云服务器。因此，VEC可以实现应用、服务和内容的本地化、近距离、分布式部署。作为实现VEC的关键技术，任务卸载是指作为源节点的OBU传输任务或部分任务至RSU目的节点，再经过边缘服务器计算，将结果返回车辆。VEC任务卸载示意图如图7所示。

迄今为止，任务卸载相关研究取得了一系列进展。但上述研究也存在一些问题。一方面，车联网边缘计算的作用是将车辆产生的大量数据，提交至边缘服务器计算，以降低车载设备的运算负担。已有研究仅设置每车卸载数据量d为[100,300]KB的单任务，没有考虑单车多任务卸载情况。因此，单任务卸载研究方法与结论不适用于以自动驾驶为代表的计算密集型车联网服务。另一方面，由于车辆行驶间距的存在，车辆陆续接入RSU并判断是否执行卸载，这意味着卸载节点的数量在动态变化，因此多个车辆节点竞争条件下的MAC信道带宽也会动态变化。此外，已有研究在应用层将单个计算任务设计为数据块，再以恒定地速率发送任务数据。当单车卸载任务数增加或卸载节点密度较大时，如果信道竞争导致MAC有效带宽低于应用层速率，源节点发送缓冲区可能产生分组排队现象，严重时甚至可能丢失分组。众所周知，发送延迟无法避免，它增加了任务卸载的时间开销。而排队延迟的出现，将使任务卸载的时间开销进一步上升，影响任务卸载的及时性。另外，分组丢失也会导致服务器计算失败，影响任务卸载的可靠性。

为了更好地说明上述问题，考虑11个车辆节点以车距60m、车速20m/s通过RSU覆盖范围，依次向某RSU卸载任务。单个任务的数据量d为200KB，每车任务数量为20个，任务在应用层以2Mb/s恒定速率(Constant bitrate，CBR)发送。每个车辆的MAC理论带宽为6Mb/s，发送缓冲区最大长度为50个分组长度。第1、5、7及9号车辆的发送缓冲区队列长度变化如图8所示。

图8可见，随着参与卸载的节点数量增加，由于802.11p车联网采用竞争机制争用信道，各节点均分理论带宽，所以单个车辆节点MAC层有效带宽会远低于6Mb/s。当单车承担的卸载任务数量较大时，各个车辆的发送缓冲区均出现了分组排队现象，且队列维持在较高数值。这会导致较大的排队延迟，大幅增加任务传输时间开销，最终导致延迟敏感任务超时。另外，缓冲区队列经常达到最大长度，意味着后续分组可能被队列丢弃。由于缺失部分分组，任务无法在边缘服务器上完成计算。需要说明的是，增加发送缓冲区最大长度并不能解决多任务卸载问题。尽管缓冲区最大长度值设置越大，分组丢弃的可能性在下降，但也意味着分组队列长度的持续增加，分组将长时间缓存在队列中等待发送，分组端到端延迟大幅增加，最终导致任务传输的超时。

如何解决上述技术问题为本发明面临的课题。

发明内容