[發明專利]一種聯合優化的云機器人系統延時的優化方法

有效

• 申請號: 201910115100.1
• 申請日: 2019-02-14
• 公開（公告）號: CN109746918B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 陳武輝;陳曉煜;鄭子彬
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16;G06N3/12;H04L29/08
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

1.一種聯合優化的云機器人系統延時的優化方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：輸入機器人的位置點信息，集合為k，輸入每個機器人的參數，所述的參數包括機器人處理器頻率f_max，輸入每個任務所需的計算機CPU周期，輸入任務i的計算量Task_i，輸入任務i產生的傳輸數據量Data_i，輸入云端服務器c的計算能力E₀，輸入基站的帶寬能力；

S2：將機器人j是否布置在位置點k上執行任務定義為y_jk，將任務i是否布置到機器人j上執行任務定義為x_ij，將數據i是否通過基站n上傳到云端服務器定義為z_in；

S3：預設隨機生成支路之間的執行時間差的閾值ε，設定基因代數閾值n；

S4：將指示機器人的位置點信息k的所有二進制變量組合成一維數組，對一維數組編碼生成y_jk，視y_jk為一個基因，每代生成多組不同值的基因，通過每個基因包含的機器人j的位置信息計算出每個機器人在k位置的通信帶寬B_j,k，計算公式如下：

式中，B_j為機器人j的傳輸帶寬，為一個常量標量，由機器人本身無線通信天線的發射功率得出；

S5：通過對變量x_ij、z_in進行線性化，并使用線性規劃求解器求解關于x、z的線性規劃，得到關于變量x_ij、z_in的解，將通信帶寬和關于變量x_ij、z_in的解代入目標函數中，對目標函數進行線性化變換，求出每個基因對應的最優解；

所述目標函數表達式如下：

式中，表示機器人在本地執行任務i的時間：

其中，E_j表示機器人j的計算能力；x_ij表示二進制變量，代表是否將任務i布置到機器人j上執行任務，x_ij＝0為否，x_ij＝1為是；

或表示機器人在云端服務器c執行任務i的時間：

其中，x_ic表示二進制變量，代表是否將任務i布置到云端服務器c上執行任務，x_ic＝0為否，x_ic＝1為是；

表示通信帶寬求出任務i₁到任務i₂的傳輸時間：

其中，y_jk表示二進制變量，代表是否將機器人j布置到節點k上執行任務，y_jk＝0為否，y_jk＝1為是；

S6：通過目標函數篩選基因，保存目標函數值最低的30％基因，并通過遺傳算法進行交叉、變異，產生新的基因，作為調整基因，計算下一代基因y_jk的最優解；

S7：根據步驟S4得到的最優解，調整基因和閾值ε，重復步驟S4～S6，直到基因代數超過閾值n，或相鄰數代基因中的最優解的值相同，輸出最優解對應的線性規劃求解器求解關于x、z的矩陣，并輸出最優解相對應的基因解碼成y的矩陣，從而確定關于機器人位置分配、任務分配、通信基站分配的布局方案，其中所述的基因代數指的是生成基因、篩選基因的次數；

S8：將布局方案發送給個機器人執行任務。

2.根據權利要求1所述的聯合優化的云機器人系統延時的優化方法，其特征在于：在步驟S3之后，在步驟S4之前還需要進行以下處理：

通過圖的遍歷算法求出工作流的所有支路，從初始節點到終止節點為一條支路，兩條包含節點不完全相同的支路為不同的支路；通過支路得到支路包含的節點集合，得到節點之間的前驅、后繼關系。

3.根據權利要求2所述的聯合優化的云機器人系統延時的優化方法，其特征在于：所述的工作流是將一個任務分解成多個子任務，構成一個工作流；由一個工作流組成有向無環圖，通過圖的遍歷算法求出工作流的所有子任務構成的支路。