[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

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，構建一個新型的無人機邊緣卸載場景，以最大化系統安全通信傳輸速率與合法無人機能耗的比值為目標，建立了無人機最大保密能效模型，在滿足給定時延、MEC服務器CPU計算頻率以及卸載率的約束下，聯合優化了合法無人機的軌跡、CPU計算頻率分配以及計算任務的卸載策略，同時從物理層安全角度提升了UAV?MEC場景下的安全通信。構建了一種基于塊坐標下降法的全局優化算法來解決優化問題，將該優化問題進行解耦為三個子問題，通過引入松弛變量將非凸子問題近似為局部凸優化問題，對凸問題利用CVX工具進行多次迭代求解系統近似最優解。本方法充分考慮了無人機安全通信與無人機能耗之間的關系，提升系統整體Qos。

技術領域

本發明涉及計算機無線通信技術領域，具體涉及一種UAV-MEC環境下利用物理層安全技術的高安全卸載能效方法。

背景技術

隨著移動終端設備的普及與移動通信技術的快速發展，計算密集型業務對終端的計算能力和存儲能力提出了很高的要求。因此，有很多研究者考慮將云計算的思想引入到移動通信網絡中，采用移動云計算的方式來加速計算密集型業務的運行和處理以提升用戶體驗。在典型的移動云計算網絡中，云服務器一般部署在遠離用戶的核心網中，將業務卸載到云服務器，往往面臨較大的傳輸延遲。鑒于此，歐洲電信標準協會ETSI行業規范小組ISG推出了移動邊緣計算MEC，作為將智能擴展到網絡邊緣以及更高處理和存儲能力的一種手段，達到了較好的計算和處理服務效果。

盡管無人機(UnmannedAerialVehicle，UAV)輔助的邊緣計算系統有著很大的優勢，但是，無人機對地的通信問題不得不考慮。眾所周知，由于無線傳輸的廣播性質，無人機和地面用戶之間的通信很容易被附近的惡意攻擊者聽到。

從保證物理層安全和節約能耗的角度來看，無人機邊緣計算系統的目標是最大化保密能量效率或稱為安全能量效率，即系統中保密容量與系統能耗之間的比值。保密容量，或稱為安全容量，定義為主鏈路的信道容量和竊聽鏈路的信道容量之差。如果保密能力下降到零以下，從源到目的地的傳輸就變得不安全，竊聽者就能夠攔截源傳輸。為了防止竊聽者對任務卸載過程中的數據竊取，無人機自身要具備發射干擾信號的能力，同時在卸載數據過程中要選擇較好的信道環境，但是由于無人機自身儲存的電力資源有限的因素，防竊聽功耗和數據卸載量之間存在矛盾，即無人機要獲得很大的保密通信卸載率，必然要消耗更多的干擾功率。因此基于此研究無人機輔助邊緣計算中的安全通信和能效優化策略問題有著一定的意義。

發明內容

針對上述背景技術中存在的問題，本發明提出一種UAV-MEC環境下利用物理層安全技術的高安全卸載能效方法，在存在竊聽者的無人機輔助邊緣計算環境下，引入物理層安全技術，將地面終端計算任務卸載給無人機搭載的邊緣服務器過程中的安全通信傳輸速率與無人機能耗進行均衡，實現高安全卸載能量效率，提升系統整體的運行效率。

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，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；