基于异步深度强化学习的车联网协作卸载策略

随着车联网(IoV)的快速发展,智能网联汽车产生了大量延迟敏感型和计算密集型任务,有限的车辆计算资源以及传统的云服务模式无法满足车载用户的需求,移动边缘计算(MEC)为解决海量数据的任务卸载提供了一种有效范式。但在考虑多任务、多用户场景时,由于车辆位置、任务种类以及车辆密度的实时性和动态变化,IoV中任务卸载场景复杂度较高,卸载过程中容易出现边缘资源分配不均衡、通信成本开销过大、算法收敛慢等问题。为解决以上问题,重点研究了IoV中多任务、多用户移动场景中的多边缘服务器协同任务卸载策略。首先,提出一种多边缘协同处理的三层异构网络模型,针对IoV中不断变化的环境,引入动态协作簇,将卸载问题转化为时延和能耗的联合优化问题;其次,将问题分为卸载决策和资源分配两个子问题,其中资源分配问题又拆分为面向边缘服务器和传输带宽的资源分配,并基于凸优化理论求解。为了寻求最优卸载决策集,提出一种能在协作簇中处理连续问题的多边缘协作深度确定性策略梯度(MC-DDPG)算法,并在此基础上设计了一种异步多边缘协作深度确定性策略梯度(AMCDDPG)算法,通过将协作簇中的训练参数异步上传至云端进行全局更新,再将更新结果返回每个协作簇中提高收敛速度。仿真结果显示,AMC-DDPG算法较DDPG算法至少提高了30%的收敛速度,且在奖励和总成本等方面也取得了较好的效果。

面向缓存的动态协作任务迁移技术研究

边缘网络中不断出现的计算密集和延迟敏感型业务推动了任务迁移技术的快速发展。然而,任务迁移过程中存在应用场景复杂多变、问题建模难度高等技术瓶颈。尤其是考虑用户移动时,如何保证用户服务的稳定性和连续性,设计合理的任务迁移策略仍是一个值得深入探讨的问题。因此,提出了一种移动感知的服务预缓存模型和任务预迁移策略,将任务迁移问题转化为最优分簇与边缘服务预缓存的组合优化问题。首先,基于用户的移动轨迹对当前执行任务状态进行预测,引入动态协作簇和迁移预测半径的概念,提出了一种面向移动和负载两种任务场景的预迁移模型,解决了何时何地迁移的问题。然后,针对需要迁移的任务,基于最大容忍时延约束分析协作簇半径和簇内目标服务器数量的极限值,提出了以用户为中心的分布式多服务器间动态协作分簇算法(Distributed Dynamic Multi-server Cooperative Clustering Algorithm,DDMC)以及面向服务缓存的深度强化学习算法(Cache Based Double Deep Q Network,C-DDQN),解决了最优分簇和服务缓存问题。最后,利用服务缓存的因果关系,设计了一种低复杂度的交替最小化服务缓存位置更新算法,求解出了最佳迁移目标服务器集合,实现了任务迁移中的服务器协作及网络负载均衡。实验结果表明,提出的迁移选择算法具有良好的鲁棒性和系统性能,相比其他迁移算法所消耗的总成本降低了至少12.06%,所消耗的总时延降低了至少31.92%。

一种任务驱动的车联网边缘卸载策略

边缘计算为解决未来车联网中移动流量的爆炸式增长提供了可行范式,然而位置的动态变化以及计算任务的多样性和差异性,使得资源有限的边缘服务器很难在规定时间内完成区域内多车辆任务的并行处理需求。基于此,以最小化时延为目标,提出一种结合深度确定性策略梯度算法的任务驱动卸载策略。首先,结合差异性任务类型和紧迫程度进行预处理,构建了一种基于最大延迟容忍度的任务动态优先级调整模型;然后,利用道路区域内的车辆拓扑和通信半径,提出了基于网络密度和负载均衡的动态协作簇划分方法,解决了多样性任务的动态协作卸载优化问题。实验结果表明,所提算法在收敛性、卸载时延及卸载命中率等方面具有性能优势。

基于知识图谱的端到端内容共享机制

端到端(D2D)通信利用边缘网络的本地计算和缓存能力,可以满足未来移动网络用户低延时、高能效的内容共享需求。而边缘网络内容共享效率性能的提升不仅取决于用户社交关系,同时也高度依赖终端设备的特征,如计算、存储和剩余能量资源等。因此,以最大化能量效率为目标,综合考虑设备异质性、用户社交性和兴趣差异性,提出一种用户-设备-内容多维度关联特征的D2D内容共享机制。首先,基于用户成本效益最大化将多目标约束问题转化为最优节点选择和功率控制问题,构建面向用户-设备-内容的多维度知识关联特征和图谱模型,将设备相关的计算资源、存储资源等多维特征结构化处理;其次,研究用户在设备属性和社交属性上的意愿度度量方法,提出一种基于用户社交和设备图谱的共享意愿度度量方法;最后,根据用户共享意愿度构建面向内容共享的D2D协作簇,面向能量效率设计一种基于共享意愿度的功率控制算法,以最大化网络共享性能。在真实用户设备数据集和infocom06数据集的实验结果表明,所提基于共享意愿度的功率控制算法与最近选择算法和不考虑设备意愿度的选择算法相比,系统和速率分别提升了约97.2%和11.1%,用户满意度分别提升了约72.7%和4.3%,能效分别提升了约57.8%和9.7%,验证了所提算法在传输速率、能量效率和用户满意度等方面的有效性。

基于动态服务缓存辅助的任务卸载方法

针对服务缓存和任务卸载联合优化中,由于缺乏对用户服务请求多样性和动态性的综合考虑而导致的用户体验质量降低问题,提出一种基于动态服务缓存辅助的任务卸载方法。首先,针对边缘服务器执行缓存服务动作空间较大的问题,重新定义了动作,并筛选出最优的动作集合以提高算法训练的效率;其次,设计一种改进的多智能体Q-Learning算法学习最优的服务缓存策略;再次,将任务卸载问题转换为凸优化问题,利用凸优化工具获得最优解;最后,利用拉格朗日对偶法求得最优的计算资源分配策略。为了验证所提方法的有效性,基于真实数据集进行了充分的实验。实验结果表明,对比Q-Learning、双层深度Q网络(D2QN)以及多智能体深度确定性策略梯度(MADDPG)方法,所提方法的响应时间分别降低了8.5%、11.8%和12.6%,平均体验质量分别提高了1.5%、2.7%和4.3%。

边端协同环境中的任务卸载和资源分配方法

将终端任务卸载至边缘计算环境弥补了云计算距离较远而产生较大延迟的缺陷,同时还降低了设备能耗.但从资源方面来讲,边缘服务器的各类资源并不像云服务器那么充足,因此,任务卸载和资源分配的联合优化成为边缘计算的研究热点之一.已有的任务卸载和资源分配联合优化研究通常假设任务卸载至单个边缘服务器,默认每个终端设备产生一个任务,即使有研究多服务器的,也通常忽略服务器间的负载均衡.为此,本文在一个多边缘服务器多用户多任务的边端系统中,提出了一种权衡时延、能耗和负载均衡指标(即效益)的任务卸载和资源分配方法,其通过优化任务卸载决策、服务器计算资源分配和终端设备发射功率,实现任务卸载效益最大化.最后,为了验证所提方法的有效性,进行了充分的对比实验.实验结果表明,与对比方法相比,所提出的方法在提升卸载效益和实现服务器间负载均衡方面有良好的性能.

一种联合时延和能耗的依赖性任务卸载方法

边缘计算通过在靠近用户的网络边缘侧部署计算和存储资源,使用户可将高延迟、高耗能应用程序卸载到网络边缘侧执行,从而降低应用延迟和本地能耗.已有的卸载研究通常假设卸载的任务之间相互独立,且边缘服务器缓存有执行任务所需的所有服务.然而,在真实场景中,任务之间往往存在依赖关系,且边缘服务器因其有限的存储资源只能缓存有限的服务.为此,提出一种在边缘服务器计算资源和服务缓存有限的约束下,权衡时延和能耗(即成本)的依赖性任务卸载方法.首先,松弛研究问题中的约束将其转换为凸优化问题;采用凸优化工具求最优解,并用解计算卸载任务的优先级.然后,按照优先级将任务卸载到成本最小的边缘服务器,若多个依赖任务卸载到不同的边缘服务器,为了使总成本最小,则采用改进粒子群算法求解边缘服务器的最佳传输功率.最后,为了验证所提方法的有效性,基于真实数据集进行了充分的实验.实验结果表明,所提方法与其他方法相比能够降低总成本8%~23%.

基于时延和能耗约束的感知数据协作卸载策略研究

研究了物联网感知数据边缘卸载问题,即多个边缘节点相互协作,将原本需要发送给云中心的感知数据全部或部分卸载,以保护数据隐私与提升用户体验。在协作卸载过程中,感知数据传输以及边缘节点之间的信息交互会消耗系统资源,产生协作代价。如何在保持较低协作代价的基础上提高感知数据的卸载比例是一个具有挑战性的问题。首先,将该问题表述为一个满足网络时延和系统能耗约束的感知数据卸载比例和协作规模联合优化问题。其次,提出了一种基于约束投影和变量分裂的分布式交替方向乘子法(ADMM,alternating direction method of multipliers)进行求解。最后,使用MATLAB进行仿真实验,数值结果表明,与分布式优化算法(DOA,distributed optimization algorithm)、公平合作算法(FCA,fairness cooperation algorithm)和多子任务到多服务器卸载方案(MTMS,multi-subtasks-to-multi-servers offloading scheme)相比,所提方法在网络时延和能耗上均有较大优化。

兴安落叶松(Larix gmelinii)光合能力及相关因子的种源差异

为认识我国北方森林的优势树种——兴安落叶松（Larix gmelinii Rupr．）光合作用对环境变化的响应和适应特征，在其自然分布区内选择地理和气候差异显著的6个种源，采集种子并播植于其分布区南界的均一立地条件下26a后，测定针叶的光合能力及其相关因子，比较种源间差异及其随月份和冠层位置的变化。结果表明：最大净光合速率（Pmax）、表观光量子效率（AQY）、比叶重（LMA）和单位叶面积氮含量（虬）的种源差异显著（P〈0．05），变化幅度分别为6．10～8．78μmolCO2·m^-2·s^-1、0．0325—0．0427μmolCO2·μmol^-1 photons、85．1～114．3g·m^-2和1．72～2．26g·m^-2。但是光补偿点（LCP）、光饱和点（LSP）、暗呼吸速率（Rd）和单位面积叶绿素含量（Chla）的种源差异不显著，平均值分别为61．2μmolphotons·m^-2·s^-1、1093txmolphotons·m^-2·s^-1、2．34txmolCO2·m^-2·s^-1和0．12g·m^-2。Pmax、Chla、No和LMA两两之间均呈极显著正相关（p〈0．001）。随树冠从下往上升高，Pmax、LCP、Na和LMA呈逐渐增高的趋势，这种垂直变化格局受种源的显著影响。除AQY之外，种源对光合能力及其相关因子的月份变化格局没有显著影响，多表现为7月低-8月高-9月低的变化格局。研究展示的兴安落叶松针叶的光合能力及其一些相关因子的种源间差异可能是其光合机构对种源地环境条件长期生理适应的结果。

安防监控系统的研究与实现

提出了一种能够进行大规模接入并适用于城市安防体系的分布式视频监控系统架构,利用ICE中间件实现了监控系统中用于服务资源控制和监控终端管理的核心模块———客户端接入管理子系统,并通过该子系统的集群和级联,实现接入容量的扩展.最后设计了该子系统的仿真测试并得出实验结果,为该系统的性能和稳定性提供一定的依据.

面向远程监控系统的嵌入式web服务器研究与实现

对嵌入式Web服务器的通信原理进行了研究,通过分析嵌入式Web服务器的设计需求和目标,提出了一种应用于远程监控系统的嵌入式Web服务器的实现方案,解决了传统监控系统成本高、搭建复杂、维护管理不便的问题,促进了视频监控领域网络化的发展.

一种类TCP流媒体拥塞控制算法

为了提高网络运行效率,提出了一种采用RTP/RTCP协议基于模型的的类TCP拥塞控制算法.算法采用TCP确认机制,对流量参考模型、往返时间及超时时钟值等参数进行了定义;使用改进的AIMD机制进行窗口控制,调整RTP数据帧的传输速率;同时彻底摒弃TCP的重传机制以保证流媒体业务的连续性和实时性.实验结果表明,提出的算法与其他RTP流控算法相比,具有较好的拥塞控制能力和公平性.

类TCP流媒体拥塞控制算法

为有效解决流媒体业务引起的网络拥塞,提高网络运行效率,提出了一种基于RTP/RTCP协议的类TCP拥塞控制算法。通过分析TCP协议建立了类TCP流量参考模型,推导出了平均延迟抖动计算公式;改进了AIMD窗口控制机制,利用超时时钟值控制超时状态并调整窗口大小。算法采用TCP确认机制,彻底摒弃重传机制以保证流媒体业务的连续性和实时性。实验结果表明,该算法与其它RTP流控算法相比,能够较好地抑制拥塞和抖动,在流媒体业务实际应用中具有可行性。

基于宏块合并的H.264模式选择算法

H.264新技术的引入提高了压缩效率,但同时编解码器运算复杂度也成倍增加.为了减小H.264的编码算法复杂度,对编码选项和模式选择算法进行了优化.算法以运动矢量合并为基础,采用1/4像素精度的细化运动估计以减低码率,对P帧宏块是否采用帧内编码模式,利用平均比特率和宏块平均边缘差值进行预判断.实验结果表明,算法在不增加峰值信噪比和码率的基础上,平均节省运动估计时间35.19%,节省编码时间48.98%.

无线监控服务资源提取算法

针对目前无线监控系统可控性、扩展性不足的问题,设计了一种能够进行大规模接入的分布式视频监控系统架构,提出了服务资源按类别先请求后提取、集中控制,监控终端集中管理的策略,并给出了数据资源、媒体资源的提取过程,最后通过服务器负载均衡算法和级联方案实现了接入容量扩展。实验结果表明,采用该算法的系统响应时间可以有效降低58%左右,最高能同时处理上万个监控前端服务请求。

基于H.323协议的视频会议系统

视频会议系统是一种基于分组交换网络的多媒体通讯系统，针对多媒体网络通讯的特点，分析了基于H.323协议的开源项目OpenH323，提出了一种面向对象的系统架构，对系统中的对象做了详细的介绍，并给出了终端和多点控制单元（MCU）的详细实现过程。

流媒体在移动通信中的应用

提出一种流媒体转码服务平台设计方案,基于Windows Media智能流技术实现码流的转换和流媒体发布,同时给出基于设备唯一标识的安全认证机制,最后对系统进行运行测试。

支持H.323和RTSP协议的双模终端

随着网络技术及多媒体压缩技术的长足进步,提出了基于分组交换网络的视频会议系统.传统视频会议系统中H.323终端不具有扩展性,而MCU的接入能力有限,极大地限制了参与会议的人数.通过对H.323系统及RTSP协议的研究,提出了可扩展的双模终端.系统采用应用层组播技术,以流媒体接入方式改进了H.323终端,实现了终端的扩展,提高了接入终端数量,促进了视频会议系统的发展.

基于SMS/MMS增值服务平台的多媒体终端

研究了SMS/MMS增值服务平台,提出了一种多媒体用户终端设计方案。基于TCP/IP的Socket连接完成了SMS/MMS增值服务平台和多媒体用户终端之间的通信,实现了用户终端与外部邮箱、用户终端与手机之间的邮件、短信和彩信的发送和接收。

基于WinCE的无线视频监控系统

提出了一种基于winCE平台的无线视频监控系统。由于无线网络带宽的波动性和高误码率，系统引入了RTP速率控制单元，优化了传统的RTcP拥塞控制，在客户端中加入丢包处理模块，通过采用分级速率调节，重传关键帧I帧数据包等策略为无线视频传输提供了有效的QoS保障，提高了视频传输质量和稳定性。