[發明專利]基于終端能效優化的無人機輔助邊緣計算的卸載方法

有效

• 申請號: 202010563076.0
• 申請日: 2020-06-19
• 公開（公告）號: CN112399375B
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發明（設計）人: 余雪勇;朱燁;牛文巾
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04W4/40
• 分類號: H04W4/40;H04W24/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.基于終端能效優化的無人機輔助邊緣計算的卸載方法，其特征在于：包括有以下步驟：

S1:初始化用戶終端和無人機的配置信息：任務時長T、時間幀用戶終端數量K、用戶終端k的具體位置z_k＝(x_k,y_k,0),k∈K、用戶終端k的任務量L_k、用戶終端k的計算能力f_k、用戶終端k任務的復雜度C_k、用戶終端k處理器的有效開關電容γ_k、無人機的飛行高度H、無人機的瞬時位置q[n]＝(x[n],y[n],H),n∈N、無人機的起點位置q₀和終點位置q_f、無人機速度無人機速度的上限值v_max、無人機的質量M、無人機的計算能力f^c、無人機的有效開關電容γ^c、無線信道帶寬B、用戶終端k與無人機之間的平均信道增益誤差閾值ε；

S2:設置迭代次數變量以及初始化無人機軌跡；

S3:根據初始化的條件，獲得初始的目標函數值,具體包括以下步驟：

S3.1:獲取用戶終端k在第n幀計算卸載所產生的通信能耗

S3.2:獲取用戶終端k在第n幀本地計算的能耗

S3.3:獲取無人機在第n幀處理用戶終端k卸載的任務產生的能耗

S3.4:獲取無人機在第n幀飛行產生的推進能耗E^f[n]；

S3.5:通過S3.1-S3.4得到用戶終端的能耗代入S2初始化的無人機軌跡獲取初始的用戶終端的能耗

用戶終端的能耗問題描述為P1：

在P1中，C1規定了無人機的能量上限，C2保證了所有用戶終端的任務都能在時長T內被完成，C3保證了用戶終端k本地計算能夠在時長T內結束，C4保證了在任意一幀內用戶終端k的任務量都是非負的，C5規定了無人機飛行軌跡的起點和終點，C6限制了無人機飛行的速度；

對進行形式上的改寫：

由于用戶終端本地計算的能耗僅與本地計算的任務量相關，因此，改寫成如下形式：

依此，問題P1改寫成如下形式：

問題P1.1實質上被分成了兩個子問題，分別是計算卸載任務量的分配問題和無人機的軌跡優化問題；

S4:優化計算卸載任務量的分配，具體方法為：

給定了無人機的軌跡q_n[i]，則問題P1.1轉變成一個以用戶終端本地計算的任務量和計算卸載的任務量為優化變量，最小化用戶終端能耗的問題，因此將問題P1.1改寫如下的形式：

由于f₀和f₁都是凸函數，問題P2的目標函數看作是兩個凸函數之和，依然具有凸性質，對于問題P2，利用CVX工具，通過標準凸優化技術進行求解，得到第i次迭代時第n幀用戶終端k最優的本地計算的任務量以及最優的計算卸載的任務量

S5:優化無人機的軌跡，具體方法為：

以問題P2中解得的第i次迭代時第n幀用戶終端k最優的本地計算的任務量和最優的計算卸載的任務量為基礎，問題P1.1轉變為以無人機的軌跡為優化變量，最小化用戶終端能耗的問題，因此進一步將問題P1.1改寫成問題P3：

問題P3的目標函數是關于q[n]的凸函數，且限制條件也是凸的，因此問題P3是一個凸問題，對于問題P3，利用CVX工具，通過標準凸優化算法進行求解，得到第i次迭代時無人機最優的位置

S6:判斷第i次迭代時得到目標函數值與第i-1次迭代得到的目標函數值的差值是否小于設定的容錯閾值ε，若是執行步驟S7，否則迭代次數加一，返回步驟S4；

S7:獲得最優的本地計算的任務量最優的計算卸載的任務量無人機的最優軌跡以及最小的用戶終端能耗值。

2.根據權利要求1所述的基于終端能效優化的無人機輔助邊緣計算的卸載方法，其特征在于：所述S2中設置迭代次數標量以及初始化無人機軌跡包括以下步驟：

S2.1:設置一個迭代次數變量i，其初始值i＝0；

S2.2:設置無人機的初始軌跡為起點到終點的一條直線，無人機在飛行過程中保持勻速，由于迭代尚未開始，將初始化的無人機軌跡在第n幀的位置表示為q_n[i＝0]。

3.根據權利要求1所述的基于終端能效優化的無人機輔助邊緣計算的卸載方法，其特征在于：所述S6的具體方法為：將第i次迭代時得到目標函數值與第i-1次迭代得到的目標函數值進行比較，若差值在范圍[-ε,ε]內，則迭代結束，執行S7；反之，迭代次數i＝i+1，并將S5中得到的無人機的最優軌跡作為給定的無人機軌跡q_n[i+1]，返回執行S4。