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一種車(chē)載服務(wù)的快速深度Q學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)邊云遷移策略

彭軍 王成龍 蔣富 顧欣 牟玥玥 劉偉榮

彭軍, 王成龍, 蔣富, 顧欣, 牟玥玥, 劉偉榮. 一種車(chē)載服務(wù)的快速深度Q學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)邊云遷移策略[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2020, 42(1): 58-64. doi: 10.11999/JEIT190612
引用本文: 彭軍, 王成龍, 蔣富, 顧欣, 牟玥玥, 劉偉榮. 一種車(chē)載服務(wù)的快速深度Q學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)邊云遷移策略[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2020, 42(1): 58-64. doi: 10.11999/JEIT190612
Jun PENG, Chenglong WANG, Fu JIANG, Xin GU, Yueyue MU, Weirong LIU. A Fast Deep Q-learning Network Edge Cloud Migration Strategy for Vehicular Service[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(1): 58-64. doi: 10.11999/JEIT190612
Citation: Jun PENG, Chenglong WANG, Fu JIANG, Xin GU, Yueyue MU, Weirong LIU. A Fast Deep Q-learning Network Edge Cloud Migration Strategy for Vehicular Service[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2020, 42(1): 58-64. doi: 10.11999/JEIT190612

一種車(chē)載服務(wù)的快速深度Q學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)邊云遷移策略

doi: 10.11999/JEIT190612 cstr: 32379.14.JEIT190612
基金項(xiàng)目: 國(guó)家自然科學(xué)基金(61873353, 61672539)
詳細(xì)信息
    作者簡(jiǎn)介:

    彭軍:女,1967年生,教授,研究方向?yàn)橹悄芙煌ňW(wǎng)絡(luò)通信與安全控制、移動(dòng)云服務(wù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、智慧新能源管理

    王成龍:男,1996年生,博士生,研究方向?yàn)檐?chē)聯(lián)網(wǎng)、智能交通網(wǎng)絡(luò)通信、機(jī)器學(xué)習(xí)

    蔣富:男,1983年生,副教授,研究方向?yàn)闊o(wú)線通信與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、綠色認(rèn)知無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、協(xié)同通信、網(wǎng)絡(luò)空間安全

    顧欣:女,1993年生,博士生,研究方向?yàn)闊o(wú)線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、車(chē)聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)

    牟玥玥:女,1996年生,碩士生,研究方向?yàn)閳D像處理、無(wú)線通信

    劉偉榮:男,1976年生,教授,研究方向?yàn)槲锫?lián)網(wǎng)、協(xié)同通信、CPS系統(tǒng)、云機(jī)器人情景感知

    通訊作者:

    蔣富 jiangfu0912@csu.edu.cn

  • 中圖分類(lèi)號(hào): TN929.52

A Fast Deep Q-learning Network Edge Cloud Migration Strategy for Vehicular Service

Funds: The National Natural Science Foundation of China(61873353, 61672539)
  • 摘要: 智能網(wǎng)聯(lián)交通系統(tǒng)中車(chē)載用戶的高速移動(dòng),不可避免地造成了數(shù)據(jù)在邊緣服務(wù)器之間頻繁遷移,產(chǎn)生了額外的通信回傳時(shí)延,對(duì)邊緣服務(wù)器的實(shí)時(shí)計(jì)算服務(wù)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。為此,該文提出一種基于車(chē)輛運(yùn)動(dòng)軌跡的快速深度Q學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)(DQN-TP)邊云遷移策略,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遷移的離線評(píng)估和在線決策。車(chē)載決策神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取接入的邊緣服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和通信回傳時(shí)延,根據(jù)車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行虛擬機(jī)或任務(wù)遷移的決策,同時(shí)將實(shí)時(shí)的決策信息和獲取的邊緣服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息發(fā)送到云端的經(jīng)驗(yàn)回放池中;評(píng)估神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在云端讀取經(jīng)驗(yàn)回放池中的相關(guān)信息進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的優(yōu)化訓(xùn)練,定時(shí)更新車(chē)載決策神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的權(quán)值,實(shí)現(xiàn)在線決策的優(yōu)化。最后仿真驗(yàn)證了所提算法與虛擬機(jī)遷移算法和任務(wù)遷移算法相比能有效地降低時(shí)延。
  • 圖  1  智能網(wǎng)聯(lián)交通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

    圖  2  DQN-TP的收斂性

    圖  3  DQN-TP算法與其他遷移算法性能分析

    表  1  變量表

    變量名變量符號(hào)
    決策周期長(zhǎng)度$\sigma $
    決策周期$t$
    邊緣服務(wù)器數(shù)量$i$
    車(chē)載用戶位置${\nu _t}$
    邊緣服務(wù)器位置${\mu _m}$
    路徑損失參數(shù)$\delta $
    路旁單元覆蓋半徑$r$
    任務(wù)大小${q_{\rm s}}$
    任務(wù)最大容忍時(shí)延${q_{\rm d}}$
    傳輸功率${P_{\rm s}}$
    時(shí)延$T$
    虛擬機(jī)所在位置${ D}$
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  2  DQN-TP算法

     算法1: DQN-TP算法
     (1) Repeat:
     (2)  車(chē)載用戶上傳車(chē)載決策神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的經(jīng)驗(yàn)$({X_t},{a_t},{U_t},{X_{t + 1}})$到經(jīng)驗(yàn)回放池;
     (3)  While $t \ne $最后一個(gè)周期do
     (4)    從經(jīng)驗(yàn)回放池中隨機(jī)抽取$n$個(gè)經(jīng)驗(yàn)作為一個(gè)mini-batch;
     (5)    將${X_t},{a_t}$作為評(píng)估神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入獲得${Q_{\pi} }({X_t},{a_t};\theta )$,將${X_{t + 1}}$作為決策神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入獲得${Q_{\pi } }({X_{t + 1} },{a_{t + 1} };{\theta ^-})$;
     (6)    根據(jù)式(13)、式(14)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò);
     (7)  End While
     (8)  每訓(xùn)練$c$次將云端的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)更新給車(chē)載神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)$\theta \to {\theta ^{^\_}}$;
     (9)  車(chē)載用戶使用$\varepsilon {\rm{ - }}$貪婪算法選擇動(dòng)作-狀態(tài)值函數(shù)最高的動(dòng)作作為車(chē)載用戶動(dòng)作執(zhí)行;
     (10) End
    下載: 導(dǎo)出CSV

    表  3  仿真參數(shù)設(shè)定

    參數(shù)名參數(shù)符號(hào)參數(shù)值
    決策周期$\sigma $10–3 s
    邊緣服務(wù)器數(shù)量$i$10
    路徑損失參數(shù)$\delta $1.5
    帶寬$W$4 MHz
    路旁單元覆蓋半徑$r$500 m
    效用函數(shù)參數(shù)$k$1.3
    效用函數(shù)參數(shù)$b$0.1
    記憶回放池最大存儲(chǔ)數(shù)$o$3000
    Mini-batch大小$n$500
    參數(shù)更新間隔步長(zhǎng)$c$80
    神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層數(shù)無(wú)4
    神經(jīng)元總數(shù)無(wú)100
    下載: 導(dǎo)出CSV
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  • 加載中
圖(3) / 表(3)
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出版歷程
  • 收稿日期:  2019-08-12
  • 修回日期:  2019-11-04
  • 網(wǎng)絡(luò)出版日期:  2019-11-12
  • 刊出日期:  2020-01-21

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