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智能網(wǎng)聯(lián)汽車邊緣網(wǎng)絡(luò)的分布式端-邊協(xié)同算法

2022-01-24 23:19:20·  來源：智能汽車開發(fā)者平臺  
　
車聯(lián)網(wǎng)高級安全服務(wù)中，智能網(wǎng)聯(lián)車輛配備了攝像頭，可以拍攝周圍的視頻，用于安全、交通監(jiān)控和監(jiān)視等目的。車輛將獲取的視頻上傳到邊緣計算節(jié)點后，可以對視頻進
車聯(lián)網(wǎng)高級安全服務(wù)中，智能網(wǎng)聯(lián)車輛配備了攝像頭，可以拍攝周圍的視頻，用于安全、交通監(jiān)控和監(jiān)視等目的。車輛將獲取的視頻上傳到邊緣計算節(jié)點后，可以對視頻進行分析和備份，以滿足不同的安全駕駛需求。然而，車輛連續(xù)直接向邊緣計算節(jié)點上傳生成的視頻內(nèi)容會非常消耗帶寬，并消耗大量的能量?；谠搯栴}，提出一種面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車邊緣網(wǎng)絡(luò)的分布式端-邊協(xié)同算法。針對車聯(lián)網(wǎng)高可靠低時延內(nèi)容傳輸?shù)奶攸c，引入有限塊長度編碼機制。同時，引入車輛視頻信息源的壓縮編碼功率消耗，建立車輛能耗模型。根據(jù)車輛視頻信息源的視頻質(zhì)量要求，通過調(diào)整視頻編碼碼率、信息源傳輸速率，以及車輛多路徑路由的決策，提出一種完全分布式的優(yōu)化算法，以提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，并保證單個車輛的能耗公平性。
引言
車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過無線接入技術(shù)讓道路上安裝了車載設(shè)備單元（On Board Unit，OBU）的車輛可以與行人、相鄰的智能網(wǎng)聯(lián)汽車、路側(cè)設(shè)備單元（Road Side Unit，RSU）或者基站等實體便捷地進行各種信息的交換和傳播。通過這種方式，智能網(wǎng)聯(lián)汽車可以獲取碰撞預(yù)警等信息，從而及時采取相應(yīng)的措施，進而降低交通事故的發(fā)生率、提升自動駕駛車輛的安全性。道路管理者可以利用車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實時獲取交通信息，通過車速引導(dǎo)等方式緩解城市交通的擁堵狀況，并達到車輛節(jié)能減排的目的。
車聯(lián)網(wǎng)高級安全服務(wù)中，智能網(wǎng)聯(lián)車輛配備了攝像頭，可以拍攝周圍的視頻，用于安全、交通監(jiān)控和監(jiān)視等目的。車輛將獲取的視頻上傳到邊緣計算節(jié)點后，可以對視頻進行分析和備份，以滿足不同的安全駕駛需求?，F(xiàn)有研究顯示，如果將車輛獲取的視頻及時傳輸?shù)竭吘売嬎愎?jié)點進行視頻分析和備份，可以極大地提高公共安全性。然而，海量的視頻內(nèi)容上傳會給當前的車聯(lián)網(wǎng)增加巨大的流量，導(dǎo)致大量的帶寬和能量消耗。
為了解決上述問題，現(xiàn)有的學(xué)術(shù)工作主要關(guān)注內(nèi)容下載。E. Evdokimova等人提出了一個分析框架，該框架通過多維馬爾可夫過程對直通車聯(lián)網(wǎng)場景中的下行鏈路流量進行建模：將RSU緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)包到達構(gòu)建為泊松過程，并且傳輸時間呈指數(shù)分布。考慮到與多維馬爾可夫過程相關(guān)的狀態(tài)空間爆炸問題，該文使用迭代擾動技術(shù)來計算馬爾可夫鏈的平穩(wěn)分布。L. Yang等人研究了混合數(shù)據(jù)傳播問題，即優(yōu)化確定數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r間和目的車輛， 以及車輛是直接從邊緣還是從附近的車輛獲取所需數(shù)據(jù)，目的是最小化邊緣的流量成本并滿足獲取數(shù)據(jù)的時延要求；作者提出了一種新的數(shù)據(jù)傳播算法，稱為混合數(shù)據(jù)傳播離線算法，該算法優(yōu)先尋找最有益的車到車廣播，然后選擇可行的車到基站傳播方式。J. He等人通過考慮交付延遲和保管箱部署成本之間的權(quán)衡來研究如何以最佳方式部署保管箱，為了解決該問題，首先提供了一個理論框架來準確估計交付延遲；然后，基于維度擴大和動態(tài)規(guī)劃的思想，設(shè)計了一種新穎的最優(yōu)保管箱部署算法（ODDA）以獲得最優(yōu)部署策略。在內(nèi)容上傳方面，L. Cui等人提議在公交車站部署專用接入點 (AP) 以促進視頻上傳來研究移動公交車的視頻上傳問題，提出了一種注水放置算法，旨在平衡分配給每條總線的聚合帶寬，通過建立排隊模型來分析視頻內(nèi)容的上傳延遲，并進一步采用機器學(xué)習(xí)模型將公交路線的影響納入排隊模型中。
本文提出一種面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車邊緣網(wǎng)絡(luò)的分布式端（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）-邊（邊緣計算節(jié)點）協(xié)同算法。針對車聯(lián)網(wǎng)高可靠低時延內(nèi)容傳輸?shù)奶攸c，引入有限塊長度機制。同時，引入車輛視頻信息源的壓縮編碼功率消耗，建立車輛能耗模型。根據(jù)車輛視頻信息源的視頻質(zhì)量要求，通過調(diào)整視頻編碼碼率、信息源傳輸速率，以及對車輛多路徑路由的選擇，提出一種完全分布式的優(yōu)化算法，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，并保證單個車輛的能耗公平性。
1 系統(tǒng)模型
智能網(wǎng)聯(lián)汽車邊緣網(wǎng)絡(luò)邊-端協(xié)同系統(tǒng)如圖 1 所示，由智能網(wǎng)聯(lián)汽車（端）、邊緣服務(wù)器（邊緣計算節(jié)點）、基站與邊緣網(wǎng)關(guān)（路由節(jié)點）組成。其中智能網(wǎng)聯(lián)汽車負責(zé)環(huán)境視頻信息數(shù)據(jù)的采集、壓縮編碼和數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹欣^，用
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