[發(fā)明專利]一種基于無人機(jī)的地面終端設(shè)備的計(jì)算任務(wù)遷移方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011519984.6
• 申請日: 2020-12-21
• 公開（公告）號: CN112579290A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾凡仔;呂亮;陳彥勛;肖竹;蔣洪波
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南大學(xué)
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50;H04W72/04
• 代理公司: 長沙市融智專利事務(wù)所(普通合伙) 43114
• 代理人: 熊開蘭

本發(fā)明公開了一種基于無人機(jī)的地面終端設(shè)備的計(jì)算任務(wù)遷移方法，所述地面終端設(shè)備基于優(yōu)化分配方案將自身的部分計(jì)算任務(wù)卸載到無人機(jī)搭載的邊緣服務(wù)器，地面終端設(shè)備本地執(zhí)行自身的部分計(jì)算任務(wù)，同時(shí)無人機(jī)搭載的邊緣服務(wù)器執(zhí)行所有地面終端設(shè)備卸載的計(jì)算任務(wù)；其中，通過構(gòu)建優(yōu)化問題并求解得到所述優(yōu)化分配方案，所述優(yōu)化問題為：以無人機(jī)和所有地面終端設(shè)備的計(jì)算任務(wù)總量最大化為目標(biāo)，以每個(gè)地面終端設(shè)備的能量限制、無人機(jī)的能量限制、帶寬資源限制為約束條件。本發(fā)明通過聯(lián)合優(yōu)化帶寬分配、無人機(jī)軌跡以及卸載時(shí)間和本地計(jì)算分配，使整個(gè)系統(tǒng)的總計(jì)算量最大化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無人機(jī)邊緣計(jì)算優(yōu)化問題，具體涉及一種基于無人機(jī)的地面終端設(shè)備的計(jì)算任務(wù)遷移方法。

背景技術(shù)

另一方面，由于互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)量變得越來越大，很多數(shù)據(jù)不再在本地進(jìn)行存儲(chǔ)與計(jì)算，而是逐步轉(zhuǎn)至“云端”，也就出現(xiàn)了云計(jì)算以及云存儲(chǔ)等服務(wù)。可是隨著一些對延時(shí)十分敏感的應(yīng)用(例如在線游戲，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等)出現(xiàn)，云計(jì)算也慢慢暴露出其無法解決的缺點(diǎn)。由于提供云計(jì)算的服務(wù)器往往與終端之間距離較遠(yuǎn)，對于一些計(jì)算結(jié)果不能盡快返回(尤其是在并發(fā)量高和網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞的情況下)，就會(huì)造成用戶體驗(yàn)很差。為了解決這個(gè)問題，近兩年來，也就產(chǎn)生了邊緣計(jì)算這一概念，即在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署較多計(jì)算以及存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，這樣就能大大縮短空間上的距離，相當(dāng)于將云服務(wù)器移到近用戶側(cè)，彌補(bǔ)了云計(jì)算延遲較高的缺陷。

地面終端設(shè)備將部分計(jì)算任務(wù)卸載至邊緣計(jì)算服務(wù)器中進(jìn)行計(jì)算，但是由于邊緣計(jì)算服務(wù)器一般都是固定在網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)特定的節(jié)點(diǎn)，且距離終端有一定的空間距離，這就會(huì)造成任務(wù)計(jì)算量低，返回計(jì)算結(jié)果時(shí)延較大，甚至?xí)?dǎo)致結(jié)果丟失，繼而降低用戶的體驗(yàn)質(zhì)量(Quality of Experience,QoE)。

由于電子產(chǎn)品的成本逐漸降低，之前屬于高端科技產(chǎn)品的無人機(jī)也逐漸走入平民百姓家中。而工業(yè)無人機(jī)由于其高度靈活性被廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，例如：快遞配送、高空航拍、農(nóng)業(yè)植保、軍事偵察等等。逐漸地也就有人提出了利用無人機(jī)搭載移動(dòng)基站懸停在區(qū)域上空，為地面用戶提供蜂窩網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)的想法。無人機(jī)使能的移動(dòng)基站的優(yōu)勢在于可以隨時(shí)隨地部署，降低了建設(shè)固定基站設(shè)施的成本。例如，在大型的體育賽事、音樂會(huì)等現(xiàn)場，網(wǎng)絡(luò)接入需求量激增，這時(shí)就可部署多架無人機(jī)移動(dòng)基站位于場地上空，輔助附近現(xiàn)有的靜止基站提供蜂窩網(wǎng)絡(luò)連接的服務(wù)，使用戶體驗(yàn)更好。另外，在一些由于地形的原因而使得數(shù)據(jù)傳輸鏈路中阻礙物較多，無線信號傳播困難的場景下，無人機(jī)可以作為一個(gè)中繼，對接收到的信號進(jìn)行放大并前傳。

因此，最近無人機(jī)結(jié)合邊緣計(jì)算的方式正逐漸成為一個(gè)熱門話題，利用無人機(jī)搭載邊緣計(jì)算服務(wù)器對特定區(qū)域范圍內(nèi)的用戶進(jìn)行任務(wù)數(shù)據(jù)卸載并計(jì)算，這樣就可以將邊緣計(jì)算的與無人機(jī)高靈活性的優(yōu)勢相結(jié)合。可以對一些還未部署邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的地區(qū)靈活地提供邊緣計(jì)算服務(wù)，既達(dá)到了降低成本的目標(biāo)，也提升了用戶的QoE。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于無人機(jī)的地面終端設(shè)備的計(jì)算任務(wù)遷移方法，在地面設(shè)備能量有限、無人機(jī)能量有限、帶寬資源有限等約束條件下，通過聯(lián)合優(yōu)化帶寬分配、無人機(jī)軌跡以及卸載時(shí)間和本地計(jì)算分配，使整個(gè)系統(tǒng)的總計(jì)算量最大化。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于無人機(jī)的地面終端設(shè)備的計(jì)算任務(wù)遷移方法，所述地面終端設(shè)備基于優(yōu)化分配方案將自身的部分計(jì)算任務(wù)卸載到無人機(jī)搭載的邊緣服務(wù)器，地面終端設(shè)備本地執(zhí)行自身的部分計(jì)算任務(wù)，同時(shí)無人機(jī)搭載的邊緣服務(wù)器執(zhí)行所有地面終端設(shè)備卸載的計(jì)算任務(wù)；

其中，通過構(gòu)建優(yōu)化問題并求解得到所述優(yōu)化分配方案，所述優(yōu)化問題為：以無人機(jī)和所有地面終端設(shè)備的計(jì)算任務(wù)總量最大化為目標(biāo)，以每個(gè)地面終端設(shè)備的能量限制、無人機(jī)的能量限制、帶寬資源限制為約束條件。

進(jìn)一步的，所述優(yōu)化問題具體為P1：