[發(fā)明專利]一種邊緣計(jì)算環(huán)境中的無人機(jī)編隊(duì)負(fù)載均衡機(jī)制

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810774546.0
• 申請(qǐng)日: 2018-07-11
• 公開（公告）號(hào): CN110716580A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡平;季鵬飛;徐曾春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種邊緣計(jì)算環(huán)境中的無人機(jī)編隊(duì)負(fù)載均衡機(jī)制，其特征在于，包括以下步驟：

第一步、監(jiān)測各節(jié)點(diǎn)的外部任務(wù)到達(dá)率，當(dāng)外部任務(wù)到達(dá)率小于計(jì)算能力時(shí)，無需卸載；當(dāng)外部任務(wù)到達(dá)率大于計(jì)算能力時(shí)，設(shè)定一個(gè)閾值以此來判定外部任務(wù)到達(dá)率是較高或較低；

第二步、當(dāng)外部任務(wù)到達(dá)率判定為較高時(shí)選用主動(dòng)集中式算法進(jìn)行任務(wù)卸載，指定無人機(jī)編隊(duì)中的一架無人機(jī)為服務(wù)器，其余所有節(jié)點(diǎn)將節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息(NSI)發(fā)送給指定的服務(wù)器，然后解決最小成本流問題并將相應(yīng)的決策向量dv發(fā)送回每個(gè)節(jié)點(diǎn)；在新的廣播播出前，其他所有節(jié)點(diǎn)都必須遵循服務(wù)器做出的決策根據(jù)dv進(jìn)行計(jì)算和卸載；

第三步、當(dāng)外部任務(wù)到達(dá)率判定為較低時(shí)選用反饋分布式算法將任務(wù)卸載給鄰節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)只在需要幫助時(shí)進(jìn)行通信。尋求幫助的節(jié)點(diǎn)廣播請(qǐng)求幫助信息(RFH)并等待鄰居發(fā)送他們的NSI進(jìn)行響應(yīng)；如果相鄰節(jié)點(diǎn)的平均CPU利用率小于設(shè)定的閾值，則必須響應(yīng)；一旦尋求幫助的節(jié)點(diǎn)從其他節(jié)點(diǎn)接收到NSI，它就制定并解決最小成本流問題；為了避免使用舊信息并及時(shí)更新鄰節(jié)點(diǎn)的當(dāng)前狀況，設(shè)置一個(gè)計(jì)時(shí)器T_th，一旦超過設(shè)定時(shí)間，節(jié)點(diǎn)必須廣播RFH重新開始。

2.如權(quán)利要求1所述的一種邊緣計(jì)算環(huán)境中的無人機(jī)編隊(duì)負(fù)載均衡機(jī)制，其特征在于：第一步中設(shè)定閾值判定任務(wù)到達(dá)率高低并根據(jù)任務(wù)到達(dá)率的高低動(dòng)態(tài)選擇卸載算法。

3.如權(quán)利要求1所述的一種邊緣計(jì)算環(huán)境中的無人機(jī)編隊(duì)負(fù)載均衡機(jī)制，其特征在于：第二步中的最小成本流問題用如下方程表示；

其中決策變量x_ij∈R^(n×m)代表通信鏈路(i，j)∈A上的任務(wù)流，x_ii是本地處理的任務(wù)率，γ_i是可卸載任務(wù)的速率，γ_i0是不可卸載任務(wù)的速率，dv為決策矩陣中的決策向量，C_ij為成本函數(shù)，定義如下：

其中，D是數(shù)據(jù)量，f是平均重傳次數(shù)，BW_ij是節(jié)點(diǎn)i和j之間的預(yù)期帶寬，Bi，B_j是節(jié)點(diǎn)i和j中的剩余電量，L_i和L_j是節(jié)點(diǎn)i和j中已有的任務(wù)量，ω₁，ω₂，ω₃是權(quán)重因子。

4.如權(quán)利要求1所述的一種邊緣計(jì)算環(huán)境中的無人機(jī)編隊(duì)負(fù)載均衡機(jī)制，其特征在于：第三步所用卸載算法設(shè)定一個(gè)定時(shí)器T_th以避免使用舊信息并及時(shí)更新鄰節(jié)點(diǎn)當(dāng)前狀態(tài)。

5.如權(quán)利要求1所述的一種邊緣計(jì)算環(huán)境中的無人機(jī)編隊(duì)負(fù)載均衡機(jī)制，其特征在于：第三步中的最小成本流問題用如下方程表示：

6.如權(quán)利要求1所述的一種邊緣計(jì)算環(huán)境中的無人機(jī)編隊(duì)負(fù)載均衡機(jī)制，其特征在于：第二步與第三步中所有計(jì)算任務(wù)都在最邊緣的無人機(jī)上協(xié)同完成，不依賴云層或者霧層。

7.如權(quán)利要求1所述的一種邊緣計(jì)算環(huán)境中的無人機(jī)編隊(duì)負(fù)載均衡機(jī)制，其特征在于：第二步和第三步中進(jìn)行任務(wù)卸載調(diào)度時(shí)，其成本函數(shù)綜合考慮通信成本、各節(jié)點(diǎn)的實(shí)時(shí)計(jì)算能力和剩余能量。

8.如權(quán)利要求1所述的一種邊緣計(jì)算環(huán)境中的無人機(jī)編隊(duì)負(fù)載均衡機(jī)制，其特征在于：在整個(gè)過程中，各無人機(jī)之間不僅有信息的交互，還會(huì)協(xié)同完成同一計(jì)算任務(wù)。