一种基于无人机协同的任务卸载方法技术

本发明专利技术涉及一种基于无人机协同的任务卸载方法，包括：构建无人机协同任务卸载系统；根据地面用户在单位时间内可执行的CPU周期数和任务的CPU周期数创建地面用户的本地任务卸载模型；根据地面用户的发射功率、原始无人机与协作无人机上的MEC服务器在单位时间内可执行的CPU周期数、任务的CPU周期数创建地面用户的无人机任务卸载模型；根据无人机的悬停功率和悬停时延创建无人机的悬停模型；根据地面用户的本地任务卸载模型、地面用户的无人机任务卸载模型和无人机的悬停模型利用第二价格拍卖算法计算得到最优的任务卸载分配方案对任务进行卸载,本发明专利技术利用无人机辅助移动边缘计算进行任务卸载，提高用户的服务质量和服务体验。验。验。

【技术实现步骤摘要】
一种基于无人机协同的任务卸载方法


[0001]本专利技术属于无人机领域，具体涉及一种基于无人机协同的任务卸载方法。。

技术介绍

[0002]无人机(Unmanned Aerial Vehicle,无人机)具有部署快、灵活性高、适应性强、功能性强、成本低等特性，在无线通信系统、蜂窝网络等领域中具有很好的应用前景，无人机既可以充当中继通信又可以承担飞行移动终端的角色，对辅助通信、提高网络容量等方面有着极大的帮助。移动边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)是一种在边缘对任务资源进行计算的技术，能够处理资源密集型和时延敏感型任务，提高用户的服务体验(Quality of Service,QoS)和服务质量，当今在车联网、人工智能、物联网等领域都有广泛的应用。
[0003]无人机移动边缘计算是无人机和移动边缘计算的结合，即将移动边缘服务器安装在无人机上，它结合了无人机和移动边缘计算的优势，既能够与地面用户(Ground Users,GUs)建立很好的视距链路，又能够实时处理复杂和时延敏感型任务。
[0004]针对偏远地区地面用户任务卸载场景，因偏远地区(沙漠、高原地区)人口稀疏、基础通信设备缺乏，相比于地面基础设备的通信，无人机通信起着更加有利的作用；它不仅能够及时解决用户卸载效率低的问题，还能够充分利用无人机的成本低、高机动性，提高通信服务质量和通信信道增益；然而，无人机通信中无人机能耗和任务卸载时延是非常关键的影响因素，近年来，许多研究都是以优化无人机的能耗、任务卸载时延或者无人机能耗与卸载时延的加权和作为优化目标；其中，并没有考虑如何激励地面用户将任务卸载给无人机，在合适的情况下，将任务交予无人机进行卸载，在不合时宜的情况下，将任务在本地进行卸载。并且大部分研究也没有考虑清楚多无人机与多地面用户的任务分配问题，制定合理的任务分配，实现无人机边缘计算系统的效益最大化。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提出了一种基于无人机协同的任务卸载方法，提高偏远地区用户的任务卸载效率，同时合理的规划无人机和地面用户的任务卸载分配，该方法包括：
[0006]S1：构建无人机协同任务卸载系统，该系统包括：M＝{1,...m...,M}个地面用户和N＝{1,...n...,N}个带有MEC服务器的无人机；当地面用户与任意一个无人机直接通信时，地面用户产生需要卸载的任务；
[0007]S2：根据地面用户在单位时间内可执行的CPU周期数、任务的CPU周期数、任务的数据大小和任务的可容忍延迟创建地面用户的本地任务卸载模型；
[0008]S3：根据地面用户的发射功率、原始无人机与协作无人机上的MEC服务器在单位时间内可执行的CPU周期数、任务的CPU周期数、任务的数据大小和任务的可容忍延迟创建地面用户的无人机任务卸载模型；其中，原始无人机表示与地面用户直接通信的无人机，协作无人机表示为与地面用户间接通信的无人机；
[0009]S4：根据无人机的悬停功率和悬停时延创建无人机的悬停模型；
[0010]S5：根据地面用户的本地任务卸载模型、地面用户的无人机任务卸载模型和无人机的悬停模型利用第二价格拍卖算法计算得到最优的任务卸载分配方案对任务进行卸载。
[0011]进一步地，所述地面用户的本地任务卸载模型包括：
[0012][0013][0014][0015]其中，表示地面用户m与无人机n直接通信时在t时刻产生的任务，为任务的数据大小，为任务的CPU周期数，为任务的可容忍延迟；表示任务在本地进行卸载的时延；表示任务在本地进行卸载的能耗；f
m
表示地面用户m在单位时间内可执行的CPU周期数；k
m
表示地面用户m的有效电容系数，表示地面用户的电池容量；表示任务的可容忍延迟。
[0016]进一步地，所述创建地面用户的无人机任务卸载模型包括：
[0017]S31：根据地面用户的发射功率计算地面用户与原始无人机之间的上行传输速率：
[0018][0019]其中，ω为信道带宽，n0为噪声功率，p
m
为地面用户m的发射功率；P
interf
为最大接收平均干扰功率；为地面用户m与原始无人机n之间的信道增益；为地面用户m与原始无人机n之间的上行传输速率；
[0020]S32：根据地面用户与原始无人机之间的上行传输速率、以及原始无人机与协作无人机上MEC服务器在单位时间内可执行的CPU周期数、任务的数据大小和任务的可容忍延迟计算任务分别在原始无人机和协作无人机上卸载的时延和能耗：
[0021][0022][0023][0024][0025][0026]其中，表示任务在原始无人机n上卸载的时延；表示地面用户m到原始无人机n上卸载任务的排队时延；表示任务在协作无人机h上卸载的时延；表示原始无人机n和协作无人机h之间的传输速率；表示地面用户m到协作无人机h上卸载任务的排队时延；F
n
表示原始无人机n上的MEC服务器在单位时间内可执行的CPU周期数；F
h
表示协作无人机h上MEC服务器在单位时间内可执行的CPU周期数；k
n
表示原始无人机n的有效电容系数；k
h
表示协作无人机h的有效电容系数；p
n
表示原始无人机n的发送功率；表示任务在协作无人机h上卸载的能耗；表示任务在原始无人机n上卸载的能耗；表示地面用户m将任务上传给无人机n的上行传输能耗。
[0027]S33：根据任务在原始无人机和协作无人机上卸载的时延和能耗创建地面用户的无人机任务卸载模型：
[0028][0029][0030]其中，表示任务在无人机上卸载的总时延；表示任务在无人机上卸载的总能耗；表示任务的实际处理位置参数，当时表示任务在协作无人机上进行卸载，反之则表示任务在原始无人机上卸载。
[0031]进一步地，所述无人机悬停模型包括：
[0032]E
N
＝P0·
T
′
[0033]其中，P0表示无人机的悬停功率；T
′
为无人机的悬停时延；E
N
表示无人机的悬停能耗。
[0034]进一步地，所述利用第二价格拍卖算法计算得到最优的任务卸载分配方案对任务进行卸载包括：
[0035]S51：分别将每个无人机作为卖家，将与无人机直接通信的地面用户作为买家；根据地面用户的无人机任务卸载模型、无人机的悬停模型和地面用户参与拍卖的次数计算无人机对每个地面用户的最低要价，根据无人机对每个地面用户的最低要价初始化每个地面用户的投标内容；所述每个地面用户的投标内容包括：
[0036][0037]其中，表示地面用户m的投标内容，表示无人机卖家n对地面用户m的最低要价，即地面用户m的初始投标价格。
[0038]S52：根据每个买家的投标内容、地面用户的无人机任务卸载模型、无人机的悬停模型和地面用户参与拍卖的次数创建地面用户和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于无人机协同的任务卸载方法，其特征在于，包括：S1：构建无人机协同任务卸载系统，该系统包括：M＝{1,...m...,M}个地面用户和N＝{1,...n...,N}个带有MEC服务器的无人机；当地面用户与任意一个无人机直接通信时，地面用户产生需要卸载的任务；S2：根据地面用户在单位时间内可执行的CPU周期数、任务的CPU周期数、任务的数据大小和任务的可容忍延迟创建地面用户的本地任务卸载模型；S3：根据地面用户的发射功率、原始无人机与协作无人机上的MEC服务器在单位时间内可执行的CPU周期数、任务的CPU周期数、任务的数据大小和任务的可容忍延迟创建地面用户的无人机任务卸载模型；其中，原始无人机表示与地面用户直接通信的无人机，协作无人机表示与地面用户间接通信的无人机；S4：根据无人机的悬停功率和悬停时延创建无人机的悬停模型；S5：根据地面用户的本地任务卸载模型、地面用户的无人机任务卸载模型和无人机的悬停模型利用第二价格拍卖算法计算得到最优的任务卸载分配方案对任务进行卸载。2.根据权利要求1所述的一种基于无人机协同的任务卸载方法，其特征在于，所述地面用户的本地任务卸载模型包括：用户的本地任务卸载模型包括：用户的本地任务卸载模型包括：其中，表示地面用户m与无人机n直接通信时在t时刻产生的任务，为任务的数据大小，为任务的CPU周期数，为任务的可容忍延迟；表示任务在本地进行卸载的时延；表示任务在本地进行卸载的能耗；f
m
表示地面用户m在单位时间内可执行的CPU周期数；k
m
表示地面用户m的有效电容系数，表示地面用户的电池容量；表示任务的可容忍延迟。3.根据权利要求2所述的一种基于无人机协同的任务卸载方法，其特征在于，所述创建地面用户的无人机任务卸载模型包括：S31：根据地面用户的发射功率计算地面用户与原始无人机之间的上行传输速率：其中，ω为信道带宽，n0为噪声功率，p
m
为地面用户m的发射功率；P
interf
为最大接收平均干扰功率；为地面用户m与原始无人机n之间的信道增益；为地面用户m与原始无人机n之间的上行传输速率；S32：根据地面用户与原始无人机之间的上行传输速率、以及原始无人机与协作无人机
上MEC服务器在单位时间内可执行的CPU周期数、任务的数据大小和任务的可容忍延迟计算任务分别在原始无人机和协作无人机上卸载的时延和能耗：任务分别在原始无人机和协作无人机上卸载的时延和能耗：任务分别在原始无人机和协作无人机上卸载的时延和能耗：任务分别在原始无人机和协作无人机上卸载的时延和能耗：任务分别在原始无人机和协作无人机上卸载的时延和能耗：其中，表示任务在原始无人机n上卸载的时延；表示地面用户m到原始无人机n上卸载任务的排队时延；表示任务在协作无人机h上卸载的时延；表示原始无人机n和协作无人机h之间的传输速率；表示地面用户m到协作无人机h上卸载任务的排队时延；F
n
表示原始无人机n上的MEC服务器在单位时间内可执行的CPU周期数；F
h
表示协作无人机h上MEC服务器在单位时间内可执行的CPU周期数；k
n
表示原始无人机n的有效电容系数；k
h
表示协作无人机h的有效电容系数；p
n
表示原始无人机n的发送功率；表示任务在协作无人机h上卸载的能耗；表示任务在原始无人机n上卸载的能耗；表示地面用户m将任务上传给无人机n的上行传输能耗；S33：根据任务在原始无人机和协作无人机上卸载的时延和能耗创建地面用户的无人机任务卸载模型：机任务卸载模型：其中，表示任务在无人机上卸载的总时延；表示任务在无人机上卸载的总能耗；表示任务的实际处理位置参数，当时表示任务在协作无人机上进行卸载，反之则表示任务在原始无人机上卸载。4.根据权利要求3所述的一种基于无人机协同的任务卸载方法，其特征在于，所述无人机悬停模型包括：E
N
＝P0·
T
′
其中，P0表示无人机的悬停功率；T
′
为无人机的悬停时延；E
N
表示无人机的悬停能耗。
5.根据权利要求4所述的一种基于无人机协同的任务卸载方法，其特征在于，所述利用第二价格拍卖算法计算得到最优的任务卸载分配方案对任务进行卸载包括：S51：分别将每个无人机作为卖家，将与无人机直接通信的地面用户作为买家；根据地面用户的无人机任务卸载模型、无人机的悬停模型和地面用户参与拍卖的次数计算无人机对每个地面用户的最低要价，根据无人机对每个地面用户的最低要价...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡飞波，潘俊男，李云，蒋云凤，刘子梁，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：