33、高铁MEC网络中延迟约束的组播吞吐量最大化研究

高铁MEC网络中延迟约束的组播吞吐量最大化研究

1. 引言

在日常生活中，移动设备已成为不可或缺的一部分，而高铁则是长、短途通勤者常用的出行方式。提升高铁乘客的体验质量（QoE）至关重要。多接入边缘计算（MEC）为实现计算服务的无缝连接提供了极具吸引力的解决方案。

然而，高铁的高速行驶给实现高QoE带来了诸多挑战。高铁上的计算服务需要频繁在轨道旁基站（BS）之间进行切换，这会导致数据传输中断。同时，高铁列车之间的长距离需要组播解决方案来跨广阔地理区域传输内容并保持低延迟。此外，有限的资源，如计算能力、存储和带宽，也对解决方案提出了额外的限制。

虽然在车联网（IoV）或车载自组织网络（VANETs）中对组播进行了研究，但由于高铁列车之间数十公里的安全距离，这些技术并不适用于高铁。而高铁的边缘应用是5G网络的重要用例，尽管已有研究探索了边缘缓存、内容交付和数据卸载策略，但多用户实时应用对高吞吐量通信和低延迟的需求仍需进一步研究。

本文的主要贡献如下：
- 首次尝试在高铁专用MEC网络中，联合考虑任务计算和结果组播的延迟要求，探索吞吐量最大化问题。
- 引入组Steiner树来建模路由路径，并提出基于广义分配问题（GAP）的根快速搜索方案。
- 基于一种变体背包问题提出高效算法，通过将时间划分为等长时隙并在每个时隙中定期调用该算法进行一次性优化。

2. 系统模型

2.1 网络结构

设H为一组以稳定速度行驶的列车集合，每列列车的行驶速度可能不同。MEC网络用无向图G = (V, E)表示，其中V是路由器集合，E是有线链路集合。路由器子集Vc ⊂ V连接到具有计算能力Cv的