【摘要】：隨著車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展,車輛用戶對駕乘的安全、效率以及娛樂有了更高的要求。在即將到來的5G網(wǎng)絡(luò)中,車聯(lián)網(wǎng)是其中低時延高可靠場景(Ultra Reliable and Low Latency Communication,URLLC)的典型應(yīng)用。5G車聯(lián)網(wǎng)將支持高級別自動駕駛、超清視頻流以及在線網(wǎng)絡(luò)游戲等高質(zhì)量應(yīng)用。這些應(yīng)用需要聯(lián)網(wǎng)的支持,并需求低時延與高可靠來保障用戶的體驗質(zhì)量。云計算作為近年來應(yīng)用十分廣泛的計算服務(wù)模式,可以為接入用戶提供強大的計算、存儲與海量的網(wǎng)絡(luò)資源。然而在車聯(lián)網(wǎng)中應(yīng)用云計算面臨著數(shù)據(jù)中心距離用戶較遠(yuǎn),數(shù)據(jù)在核心網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅r延過高,以及大量用戶請求時帶寬占用大、魯棒性較差等問題。因此,云計算難以有效地支撐5G車聯(lián)網(wǎng)中的低時延高可靠應(yīng)用。為了解決上述的不足,本文對移動/多接入邊緣計算(Mobile/Multi-access Edge Computing,MEC)展開了研究,重點分析了MEC的優(yōu)秀特性和可支撐的應(yīng)用服務(wù),深入研究了車聯(lián)網(wǎng)中的邊緣網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及計算卸載技術(shù),構(gòu)建了車聯(lián)網(wǎng)中的低時延計算卸載理論模型,并在此基礎(chǔ)上對計算卸載的可靠性進(jìn)行了研究,提出了車載業(yè)務(wù)的低時延高可靠計算卸載策略,在滿足實時車載業(yè)務(wù)的時延需求下,提高了業(yè)務(wù)處理的可靠性。本文的具體研究內(nèi)容如下:在實時車聯(lián)網(wǎng)場景中,針對云計算架構(gòu)存在的數(shù)據(jù)傳輸時延過高等問題,本文研究了一種基于移動/多接入邊緣計算的車聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)(ME-VANET),通過將終端車輛的實時業(yè)務(wù)直接卸載至邊緣MEC設(shè)備上進(jìn)行處理,減少了數(shù)據(jù)在核心網(wǎng)絡(luò)上的高傳輸時延,并使用軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network,SDN)與MEC的結(jié)合,為車聯(lián)網(wǎng)提供靈活的網(wǎng)絡(luò)控制和集中的資源管理。在ME-VANET架構(gòu)中,本文對車載業(yè)務(wù)計算卸載的執(zhí)行時延進(jìn)行了理論建模,利用部分卸載和多設(shè)備聯(lián)合分布式卸載技術(shù),使用多個MEC設(shè)備聯(lián)合處理卸載的計算任務(wù),進(jìn)一步降低了業(yè)務(wù)執(zhí)行時延。當(dāng)處理隨機任務(wù)卸載時,所提出的計算卸載策略相比于傳統(tǒng)的終端設(shè)備處理和單個MEC設(shè)備處理,時延性能分別提升了72.4%及55.8%,可以更有效地支撐低時延車載應(yīng)用服務(wù)。針對車聯(lián)網(wǎng)對高可靠性的較高需求,本文在低時延計算卸載中對可靠性進(jìn)行了研究。在實時車載業(yè)務(wù)的計算卸載中,不僅考慮了業(yè)務(wù)的低時延要求,還進(jìn)行了可靠性分析,提出了一種低時延與高可靠的計算卸載策略。在復(fù)雜的車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中,計算節(jié)點和鏈路都有可能發(fā)生故障,從而導(dǎo)致任務(wù)無法正常執(zhí)行。本文在卸載執(zhí)行前模擬了邊緣節(jié)點上可能出現(xiàn)的任務(wù)執(zhí)行情況,并在發(fā)生故障的執(zhí)行情況下使用重傳再分配的容錯機制以保障任務(wù)的成功執(zhí)行。通過分析每種執(zhí)行情況的出現(xiàn)概率以及是否滿足任務(wù)的時延約束,本文全面評估了一種卸載策略的可靠性,并提出了時延約束下的高可靠卸載理論模型,使一些發(fā)生故障的任務(wù)執(zhí)行依然可靠。此外,文中使用模擬退火與約束粒子群相結(jié)合的改進(jìn)粒子群算法(SAPSO-RO)來求解高可靠模型中的優(yōu)化問題。仿真結(jié)果表明,基于SAPSO-RO算法的計算卸載可以在ME-VANET架構(gòu)中為時延敏感型車載業(yè)務(wù)提供低時延和高可靠的卸載執(zhí)行,可以滿足業(yè)務(wù)的低時延要求,同時最大化業(yè)務(wù)的成功執(zhí)行概率。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U495;TN929.5

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本文編號：2597597