共享单车网络中基于云计算的高效数据迁移方法研究

摘要

近年来，由于大城市的交通拥堵状况日益严重，并且也造成恶劣的空气污染，因此既环保又能改善交通状况共享移动系统应运而出。类似ofo小黄车、摩拜单车这类没有固定停靠点的共享单车系统十分灵活并且实现了车辆的高效共享利用。随着共享单车系统的发展，人们对车辆间的信息交换也有着大量需求，例如及时知晓道路状况、交通事故、或者与其他单车的距离位置信息等等，这样需要构建一个共享单车网络来交换数据。共享单车这种新型系统存在随机性和灵活性，导致车辆间的网络通信有了更大的难度，阻碍了其智能交通的发展。并且单车数量庞大，伴随产生了大量数据，而单车移动设备的数据计算能力十分有限，不足以支持实时消息的处理。 将待处理的应用数据迁移到附近的车载设备上进行处理，并进一步转发传输，消息通过共享单车车载自组网络传递到某个特定节点，可以帮助车载移动设备高效处理大量信息并及时交换消息。基于单车车载自组织网络提出一种高效数据迁移策略，首先建立应用处理和数据迁移系统模型，然后利用李雅普诺夫优化技术设计在线分布式系统控制框架，框架目的在于最小化单车网络传输的开销，控制框架主要研究了等待传输的积压队列稳定性和系统开销之间的平衡。根据经济学中边际成本理论，进一步将系统开销分解为通信开销和处理开销两部分，并结合控制理论，利用学科交叉方法提出队列稳定性、通信开销、计算开销之间的三方均衡优化策略。 为了测试该在线分布式优化控制方法的高效性，采用大量仿真应用程序，以真实场景中的消息传输需求为标准，模拟迁移计算效果。实验结果表明，该在线最优控制框架能够满足共享单车通信网络的多种设计需求，例如通过引入中继车辆缓冲队列来缓解突发消息带来的大量流量，以提高该系统网络的鲁棒性。也能满足实际场景的功能需求，例如设定最高能耗代价和设备损耗代价，以及最低性能要求，来改善通信系统的单位损耗代价性价比。该系统具有稳定性、最优性以及创新性，对于共享单车移动网络通信有着重要的意义。

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