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模仿学习赋能车辆边缘计算:动态网络中探索高效在线任务调度新路径

2025-11-29来源:快讯编辑:瑞雪

在车联网技术快速发展的背景下,车载边缘计算(VEC)作为缓解中心服务器压力的新型计算范式,正面临动态拓扑结构、不稳定连接和车辆移动性带来的多重挑战。重庆邮电大学联合香港科技大学的研究团队,针对非基础设施型VEC场景提出了一种基于模仿学习的在线任务调度算法(IELTS),通过优化资源分配策略显著提升了系统能效。该成果已发表于IEEE Spectrum中文版《科技纵览》期刊。

研究团队将车载网络中的车辆划分为服务请求车辆(SDV)和服务提供车辆(SPV),前者通过路侧单元(RSU)接入网络并卸载计算任务,后者则利用闲置资源组成动态集群处理任务。针对传统深度强化学习算法在动态环境中存在的搜索效率低、收敛速度慢等问题,研究创新性地引入模仿学习框架,通过分支定界算法生成专家轨迹数据集,使智能体在少量样本训练后即可逼近最优策略。实验表明,该算法在任务时延约束下可使系统平均能耗降低超50%,较深度Q网络(DQN)、DATE-V等对比算法具有显著优势。

在系统设计层面,研究构建了分层式信息维护架构:RSU负责管理集群级状态信息,SPV自主维护个体资源状态,有效减少了车辆与基础设施间的通信开销。针对任务调度问题,团队将其分解为SPV聚类和服务能力评估两个子问题,通过聚类算法整合分散的空闲资源,并设计混合策略预测模型优化决策过程。当SPV无法满足时延要求时,系统自动将任务切换至云端处理,确保服务质量。

基于杭州市2018年9月的真实出租车轨迹数据,研究团队在虚拟部署的RSU网络中进行了仿真验证。实验设置覆盖单条主干道场景,通过调整任务生成周期和时延约束等参数,系统评估了算法性能。数据显示,在0.4秒任务生成周期下,IELTS算法较其他方法节省能耗达65%,同时保持92%以上的任务本地处理率。随着训练轮次增加,该算法在能耗稳定性、时延控制和资源利用率方面均展现出持续优势。

该研究突破了传统VEC框架对固定基础设施的依赖,通过智能资源调度机制实现了动态环境下的能效优化。目前,团队正将相关技术拓展至无人机集群组网领域,探索跨场景的通用化解决方案。这项成果为车联网边缘计算提供了新的理论支撑,对推动智能交通系统发展具有重要意义。

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