[發明專利]一種UAV-MEC環境下利用物理層安全技術的高安全卸載能效方法

在審

• 申請號: 202210038754.0
• 申請日: 2022-01-13
• 公開（公告）號: CN114362877A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 余雪勇;邱禮翔
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04K3/00
• 分類號: H04K3/00;H04W12/02;H04W52/34
• 代理公司: 南京正聯知識產權代理有限公司 32243
• 代理人: 王素琴

1.一種UAV-MEC環境下利用物理層安全技術的高安全卸載能效方法，其特征在于：所述方法包括如下步驟：

步驟1，建立存在竊聽無人機和合法無人機的邊緣卸載場景；

步驟2，通過數學模型將上述邊緣卸載模型建模為公式化的優化問題；

步驟3，將建立的優化問題根據地面卸載用戶任務數據量是否能滿足任務時延要求劃分為兩種模式：本地計算模式和MEC部分卸載計算模式，若地面終端用戶能在時延要求范圍內完成計算任務，則選擇本地計算模式；否則，選擇MEC部分卸載模式；

步驟4，將MEC部分卸載模式下的優化問題利用塊坐標算法進行求解，將其解耦為三個子優化問題：合法無人機軌跡優化非凸子問題、無人機CPU計算頻率分配子問題以及數據卸載率優化子問題；

步驟5，對無人機軌跡優化非凸子問題引入松弛變量進行局部凸近似處理，以求解系統近似最優的運行軌跡；

步驟6，對目標函數進行變換，將與當前子問題無關的約束和變量進行去除，求解無人機CPU計算頻率分配子問題和數據卸載率子問題；

步驟7，利用CVX工具對上述三個子問題分別求局部近似解，將三個局部解在進行迭代以求得系統整體近似最優解，獲得無人機最優的飛行路徑軌跡、無人機對每個地面卸載用戶的最優CPU計算頻率分配以及計算任務數據卸載率。

2.根據權利要求1所述的一種UAV-MEC環境下利用物理層安全技術的高安全卸載能效方法，其特征在于：在步驟1中，所述建立存在竊聽無人機和合法無人機的邊緣卸載場景包括以下信息：N個地面終端用戶、E個竊聽無人機和一個搭載邊緣服務器的合法無人機；第i個用戶的位置表示為合法無人機固定在地面以上的高度H_u，其水平位置用表示。

3.根據權利要求1所述的一種UAV-MEC環境下利用物理層安全技術的高安全卸載能效方法，其特征在于：在步驟2中，所述建立的優化問題具體包括目標函數和約束條件；

目標函數是：

式(1)中，η定義為系統最大保密能效，系統安全通信傳輸速率定義為地面用戶i至合法無人機鏈路的數據傳輸速率r_iu與用戶i至竊聽無人機鏈路最大數據傳輸速率的差值其中E_i表示合法無人機服務用戶i的總能耗，包括發射干擾竊聽無人機的能耗接收卸載用戶過程中產生的通信傳輸功耗以及計算用戶數據卸載到合法無人機所產生的計算能耗

q和f分別為無人機的飛行軌跡和對每個用戶分配的計算頻率，變量ξ＝[0,1]定義為用戶與合法無人機建立卸載連接的卸載系數；

約束條件具體包括：

用戶i在本地計算模式下的時延要求應滿足T_i^loc≤T，式中T_i^loc表示本地計算時延，T為終端任務可容忍的最大時延；

用戶i選擇部分卸載滿足式中，T_i^ul、T_i^c分別表示卸載時延以及合法無人機邊緣服務器的計算時延，由無人機傳給用戶的時延忽略不計；

邊緣卸載模式下無人機CPU計算頻率分配需滿足式中，表示無人機CPU總計算頻率。

4.根據權利要求1所述的一種UAV-MEC環境下利用物理層安全技術的高安全卸載能效方法，其特征在于：在步驟4中，所述將MEC部分卸載模式下的優化問題利用塊坐標算法進行求解，將其解耦為三個子優化問題，具體的步驟如下：

a.根據塊坐標下降法，僅保留與無人機軌跡有關的約束條件,無人機軌跡子優化問題表示為：

b.僅保留與無人機頻率分配相關的約束條件，無人機頻率分配子優化問題表示為：

c.根據塊坐標下降法，僅保留與無人機卸載率有關的約束條件，無人機卸載率子問題表示為：