车联网场景下基于NOMA通信的任务处理方法技术

本发明专利技术公开了车联网场景下基于NOMA通信的任务处理方法，涉及车联网技术领域，对于单个任务，从车辆当前所在位置的边缘节点或沿行进方向的下一边缘节点中选择一个边缘节点进行任务传输；对于多个同时产生的任务并传输给同一边缘节点，将多个同时产生的任务采用NOMA通信方式分批次传输给边缘节点；边缘节点接收到任务后，从该边缘节点自身或沿行进方向的下一边缘节点中选择一个边缘节点进行任务计算，并按次序对任务进行计算。通过改变通信方式、多边缘节点协作方式减少任务的处理时间，有效降低车联网中任务处理的延迟；通过对任务的传输边缘节点、传输批次、计算边缘节点、计算次序进行优化，使得在延迟约束时间内完成的任务数量最大化。量最大化。量最大化。

【技术实现步骤摘要】
车联网场景下基于NOMA通信的任务处理方法


[0001]本专利技术涉及车联网
，尤其是车联网场景下基于NOMA通信的任务处理方法。

技术介绍

[0002]在车联网场景下，车辆产生的任务需传输到路边边缘节点进行处理，其处理过程包括传输和计算两个阶段。车联网场景下的任务往往是时延敏感的，需要在规定时间内即延迟约束时间内进行响应。为了保证车联网场景下的任务能够在延迟约束时间内进行响应，现有技术中提出了很多任务卸载方法：如，中国专利公开号为CN112737842A公开的空地一体化车联网中基于最小化时延的任务安全卸载方法，该专利中构建了支持移动边缘计算的空地一体化车联网模型，对车辆到无人机边缘服务器的安全传输方式、本地车辆和无人机边缘服务器的计算方式进行分析与建模，将空地一体化车联网任务卸载问题形式化为一个与边缘服务器选择、传输速率、资源分配、任务卸载相关，以最小化时延为目标的多目标优化问题，该专利可有效降低任务处理时延，提高任务成功处理比例。
[0003]但是现有技术中的任务卸载方法中，存在以下问题：1、在选择边缘节点时，无没有结合考虑车辆的移动性。
[0004]2、从单个车辆的单个任务出发，希望降低单个任务的处理时延，没有考虑实际车辆网场景中多个车辆同时产生多个任务的问题，虽然单个任务的处理时延降低，但无法保证延迟约束时间内完成处理的任务数量最大化。
[0005]3、车辆网场景下的任务上传要求较高的通信速度。
[0006]其中，NOMA是一种新的通信技术，可以较好提高通信速度，但其使用有一定的特殊条件限制，NOMA通信对于SINR有阈值要求，同一时间内同时传输的任务数量有限。

技术实现思路

[0007]为了克服上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供车联网场景下基于NOMA通信的任务处理方法，通过改变通信方式、多边缘节点协作方式来减少任务的处理时间，可有效降低车联网中任务处理的延迟，并将延迟约束时间内完成处理的任务数量最大化。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，包括：车联网场景下基于NOMA通信的任务处理方法，道路上沿道路方向布设有若干边缘节点，用于辅助道路上的车辆完成任务计算；对于单个车辆产生的任务，从车辆当前所在位置的边缘节点或沿车辆行进方向的下一边缘节点中选择一个边缘节点进行任务传输，采用NOMA通信方式将车辆任务传输给对应的边缘节点；对于多个车辆同时产生任务并传输给同一边缘节点，将多个同时产生的任务分批次传输给边缘节点；边缘节点接收到任务后，从该边缘节点自身或沿车辆行进方向的下一边缘节点中选择一个边缘节点进行任务计算，并按次序对任务进行计算；
对每个任务进行传输的边缘节点和传输批次以及每个任务进行计算的边缘节点、计算次序进行优化，使得在延迟约束时间内完成传输和计算的任务数量最大化。
[0009]优选的，每个任务进行传输的边缘节点和传输批次以及每个任务进行计算的边缘节点、计算次序的优化方式如下所示：S1，车辆产生任务时，选择车辆当前所在位置的边缘节点作为任务进行传输的边缘节点即传输边缘节点；S2，针对多个车辆同时产生的任务，确定各个任务的传输边缘节点；对于传输给同一传输边缘节点的多个任务，按照任务信道增益由小到大的顺序对任务进行叠加编码，并根据NOMA通信中SINR的阈值要求，对多个任务进行分批次传输，确定各个任务的传输批次；S3，得到各个任务的传输边缘节点和传输批次后，判断各个任务在传输过程中车辆是否会驶离对应的传输边缘节点，若某任务在传输过程中车辆会驶离对应的传输边缘节点，则重新选择该任务的传输边缘节点，选择沿车辆行进方向的下一边缘节点作为该任务的传输边缘节点；否则，不重新选择该任务的传输边缘节点；根据重新选择后的各个任务的传输边缘节点，对于传输给同一传输边缘节点的多个任务，再次按照任务信道增益由小到大的顺序对任务进行叠加编码，并根据NOMA通信中SINR的阈值要求，对多个任务进行分批次传输，重新确定各个任务的传输批次；直到所有任务在传输过程中车辆均不会驶离对应的传输边缘节点，此时得到的各个任务的传输边缘节点和传输批次为最优解；S4，确定各个任务的传输边缘节点和传输批次的最优解后，选择传输边缘节点作为计算任务的边缘节点即计算边缘节点；S5，根据各个任务的计算边缘节点，对于在同一计算边缘节上进行计算的多个任务，按照任务响应比由大到小的顺序进行任务计算次序由前到后排序，确定各个任务的计算次序；S6，得到各个任务的计算边缘节点和计算次序后，判断车辆在延迟约束时间内是否能到达沿车辆行进方向的下一边缘节点，以及判断任务能否在延迟约束时间内完成传输和计算，若某任务不能在延迟约束时间内完成且车辆在延迟约束时间内能到达沿车辆行进方向的下一边缘节点，则重新选择该任务的计算边缘节点，选择沿车辆行进方向的下一边缘节点作为任务的计算边缘节点；否则，不重新选择该任务的计算边缘节点；根据重新选择后的各个任务的计算边缘节点，对于在同一计算边缘节上进行计算的多个任务，再次按照任务响应比由大到小的顺序进行任务计算次序由前到后排序，重新确定各个任务的计算次序；直到任务能在延迟约束时间内完成传输和计算，或者车辆在延迟约束时间内不能到达沿车辆行进方向的下一边缘节点，此时得到的任务的计算边缘节点和计算次序为最优解。
[0010]优选的，步骤S2中，各个任务的传输批次的确定方式如下所示：每个车辆的信道增益不同，车辆与传输边缘节点的距离越远，该车辆的信道增益越小；每个车辆的发射功率相同；将车辆的信道增益与车辆的发射功率的乘积作为该任务的任务信道增益；任务信道增益最小的任务作为批次中的第1个任务，按照任务信道增益由小到大
的顺序进行任务叠加编码，并实时计算信号与干扰加噪声比即SINR，直至SINR小于设定阈值，停止对该批次进行任务叠加编码，将下一个待叠加的任务作为下一个批次的第1个任务。
[0011]优选的，步骤S3中，任务在传输过程中车辆是否会驶离对应的传输边缘节点的具体判断方式如下所示：根据任务的传输边缘节点和传输批次，计算任务完成传输所需的处理时间；根据车辆当前所在的位置以及行驶速度，计算车辆驶离传输边缘节点覆盖范围的时间；若任务完成传输所需的处理时间大于车辆驶离传输边缘节点覆盖范围的时间，则表示任务在传输过程中车辆会驶离对应的传输边缘节点；否则，表示任务在传输过程中车辆不会驶离对应的传输边缘节点。
[0012]优选的，步骤S6中，任务能否在延迟约束时间内完成传输和计算的具体判断方式如下所示：根据任务的传输边缘节点和传输批次，计算任务完成传输所需的处理时间；根据任务的计算边缘节点和计算次序，计算任务完成计算所需的处理时间；若任务完成传输和计算过程所需的总处理时间大于延迟约束时间，则表示任务不能在延迟约束时间内完成传输和计算；否则，表示任务能在延迟约束时间内完成传输和计算。
[0013]优选的，步骤S6中，根据车辆当前所在的位置以及行驶速度，计算车辆沿行进方向行驶进入下一边缘节点覆盖范围的时间；若行驶进入下一边缘节点覆盖范围的时间大于延迟约束时间，则表示车辆在延迟约本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.车联网场景下基于NOMA通信的任务处理方法，其特征在于，道路上沿道路方向布设有若干边缘节点，用于辅助道路上的车辆完成任务计算；对于单个车辆产生的任务，从车辆当前所在位置的边缘节点或沿车辆行进方向的下一边缘节点中选择一个边缘节点进行任务传输，采用NOMA通信方式将车辆任务传输给对应的边缘节点；对于多个车辆同时产生任务并传输给同一边缘节点，将多个同时产生的任务分批次传输给边缘节点；边缘节点接收到任务后，从该边缘节点自身或沿车辆行进方向的下一边缘节点中选择一个边缘节点进行任务计算，并按次序对任务进行计算；对每个任务进行传输的边缘节点和传输批次以及每个任务进行计算的边缘节点、计算次序进行优化，使得在延迟约束时间内完成传输和计算的任务数量最大化。2.根据权利要求1所述的车联网场景下基于NOMA通信的任务处理方法，其特征在于，每个任务进行传输的边缘节点和传输批次以及每个任务进行计算的边缘节点、计算次序的优化方式如下所示：S1，车辆产生任务时，选择车辆当前所在位置的边缘节点作为任务进行传输的边缘节点即传输边缘节点；S2，针对多个车辆同时产生的任务，确定各个任务的传输边缘节点；对于传输给同一传输边缘节点的多个任务，按照任务信道增益由小到大的顺序对任务进行叠加编码，并根据NOMA通信中SINR的阈值要求，对多个任务进行分批次传输，确定各个任务的传输批次；S3，得到各个任务的传输边缘节点和传输批次后，判断各个任务在传输过程中车辆是否会驶离对应的传输边缘节点，若某任务在传输过程中车辆会驶离对应的传输边缘节点，则重新选择该任务的传输边缘节点，选择沿车辆行进方向的下一边缘节点作为该任务的传输边缘节点；否则，不重新选择该任务的传输边缘节点；根据重新选择后的各个任务的传输边缘节点，对于传输给同一传输边缘节点的多个任务，再次按照任务信道增益由小到大的顺序对任务进行叠加编码，并根据NOMA通信中SINR的阈值要求，对多个任务进行分批次传输，重新确定各个任务的传输批次；直到所有任务在传输过程中车辆均不会驶离对应的传输边缘节点，此时得到的各个任务的传输边缘节点和传输批次为最优解；S4，确定各个任务的传输边缘节点和传输批次的最优解后，选择传输边缘节点作为计算任务的边缘节点即计算边缘节点；S5，根据各个任务的计算边缘节点，对于在同一计算边缘节上进行计算的多个任务，按照任务响应比由大到小的顺序进行任务计算次序由前到后排序，确定各个任务的计算次序；S6，得到各个任务的计算边缘节点和计算次序后，判断车辆在延迟约束时间内是否能到达沿车辆行进方向的下一边缘节点，以及判断任务能否在延迟约束时间内完成传输和计算，若某任务不能在延迟约束时间内完成且车辆在延迟约束时间内能到达沿车辆行进方向的下一边缘节点，则重新选择该任务的计算边缘节点，选择沿车辆行进方向的下一边缘节点作为任务的计算边缘节点；否则，不重新选择该任务的计算边缘节点；根据重新选择后的各个任务的计算边缘节点，对于在同一计算边缘节上进行计算的多个任务，再次按照任务响应比由大到小的顺序进行任务计算次序由前到后排序，重新确定各个任务的计算次序；
直到任务能在延迟约束时间内完成传输和计算，或者车辆在延迟约束时间内不能到达沿车辆行进方向的下一边缘节点，此时得到的任务的计算边缘节点和计算次序为最优解。3.根据权利要求2所述的车联网场景下基于NOMA通信的任务处理方法，其特征在于，步骤S2中，各个任务的传输批次的确定方式如下所示：每个车辆的信道增益不同，车辆与传输边缘节点的距离越远，该车辆的信道增益越小；每个车辆的发射功率相同；将车辆的信道增益与车辆的发射功率的乘积作为该任务的任务信道增益；任务信道增益最小的任务作为批次中的第1个任务，按照任务信道增益由小到大的顺序进行任务叠加编码，并实时计算信号与干扰加噪声比即SINR，直至SINR小于设定阈值，停止对该批次进行任务叠加编码，将下一个待叠加的任务作为下一个批次的第1个任务。4.根据权利要求2所述的车联网场景下基于NOMA通信的任务处理方法，其特征在于，步骤S3中，任务在传输过程中车辆是否会驶离对应的传输边缘节点的具体判断方式如下所示：根据任务的传输边缘节点和传输批次，计算任务完成传输所需的处理时间；根据车辆当前所在的位置以及行驶速度，计算车辆驶离传输边缘节点覆盖范围的时间；若任务完成传输所需的处理时间大于车辆驶离传输边缘节点覆盖范围的时间，则表示任务在传输过程中车辆会驶离对应的传输边缘节点；否则，表示任务在传输过程中车辆不会驶离对应的传输边缘节点。5.根据权利要求2所述的车联网场景下基于NOMA通信的任务处理方法，其特征在于，步骤S6中，任务能否在延迟约束时间内完成传输和计算的具体判断方式如下所示：根据任务的传输边缘节点和传输批次，计算任务完成传输所需的处理时间；根据任务的计算边缘节点和计算次序，计算任务完成计算所需的处理时间；若任务完成传输和计算过程所需的总处理时间大于延迟约束时间，则表示任务不能在延迟约束时间内完成传输和计算；否则，表示任务能在延迟约束时间内完成传输和计算。6.根据权利要求2所述的车联网场景下基于NOMA通信的任务处理方法，其特征在于，步骤S6中，根据车辆当前所在的位置以及行驶速度，计算车辆沿行进方向行驶进入下一边缘节点覆盖范围的时间；若行驶进入下一边缘节点覆盖范围的时间大于延迟约束时间，则表示车辆在延迟约束时间内不能到达沿车辆行进方向的下一边缘节点；否则，表示车辆在延迟约束时间内点能到达沿车辆行进方向的下一边缘节点。7.根据权利要求1
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6任意一项所述的车联网场景下基于NOMA通信的任务处理方法，其特征在于，任务完成传输和计算的总处理时间的计算方式如下所示：将时间划分成多个连续相等的时隙t，同一时隙t内车辆产生的任务即为同时产生的任务，在每个时隙t内每辆车至多产生一个任务；定义时隙的集合用Pt表示，边缘节点的集合用Pn表示，在时隙t内产生任务的车辆集合用PMt表示；在时隙t内的车辆m产生的任务fmt的总处理时间Tt_fmt为：
；其中，m∈PMt，Amt(x)为取值为0或1的变量，Amt(x)=1表示选择边缘节点x传输任务fmt，Am(x)=0表示未选择边缘节点x传输任务fmt；Tw_fmt(x)表示任务fmt传输给边缘节点x所需的传输等待时间；Tu_fmt(x)表示任务fmt传输给边缘节点x所需的传输时间；Bmt(y)为取值为0或1的变量，Bmt(y)=1表示选...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱定军，赵双亮，张洋，石雷，
申请(专利权)人：合肥本源物联网科技有限公司，
类型：发明
国别省市：