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专利号: 2020107506414
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种雾网络中基于无人机辅助的任务卸载方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:步骤1:算法初始化;

步骤2:将计算周期T分为Q个时隙,每个时隙长度为Δ秒;

步骤3:在第q时隙内,将无人机覆盖范围内的所有ID分为R‑ID和F‑ID;R‑ID为有需求的物联网设备和F‑ID为空闲物联网设备,设R‑ID的集合为M,F‑ID的集合为X;

步骤4:计算R‑ID与F‑ID之间的SINR,当SINR大于设置的阈值δ时,将R‑ID与对应的F‑ID划为一个D2D群组;

步骤5:根据R‑ID不同应用对延迟和能耗的需求制定权重参数:其中, 和 分别表示R‑ID m的延迟和能量消耗的权重参数;其中,步骤6:设R‑ID m有计算密集型任务Lm,Lm以bit为单位测量输入数据的大小;假设将Lm的一部分αm∈[0,1]卸载至F‑ID x中进行计算,将Lm的一部分βm∈[0,1]卸载至无人机进行计算,然后,将Lm的剩余部分(1‑αm‑βm)∈[0,1]在本地进行计算;分别计算任务卸载至F‑ID x及卸载至无人机的卸载比例αm,βm,以及在本地处理的剩余部分比例:1‑αm‑βm;

步骤7:计算效率指标函数值ηm,x;根据ηm,x,由小到大列出R‑ID m选择ηm,1所对应的F‑ID x进行卸载;

步骤8:R‑ID m将Lmαm任务卸载至F‑ID x进行处理;

步骤9:计算任务传输时延和能耗,以及执行时延和能耗得到总时延能耗;

步骤10:R‑ID m将Lmβm任务卸载至无人机处理处理;

步骤11:根据无人机的位置信息,对无人机的飞行速度以及加速度,方向角进行约束并在优化系统总开销时联合优化无人机轨迹;

步骤12:计算任务传输时延和能耗,排队时延,执行时延和能耗以及无人机的飞行能耗;

步骤13:本地执行Lm(1‑αm‑βm)任务;

步骤14:计算任务的执行时延和能耗;

步骤15:构建系统总开销最小化方案,并解得最优解;

优化目标为最小化系统总开销,同时联合优化无人机的轨迹、任务卸载比例以及通信资源分配;

max

s.t C1:PU+PD≤PC2:

C3:

C4:

C5:

C6:

C7:

C8:

C9:

其中:系统总延迟为TTotal(q),系统总能耗为ETotal(q);PU表示R‑ID m将计算任务卸载到无人机的上行链路发射功率;PD表示R‑ID m将计算任务卸载到F‑ID x的上行链路发射功率;R‑ID m设备的CPU计算速率为fL cycle/s;F‑ID x的CPU计算速率为fD cycle/s;无人机的CPU计算速率为fUcycle/s;设Ck(cycle/bit)表示计算1bit数据所需要的CPU转数;约束条件C1为R‑ID m的发射功率约束,即R‑ID m的发射功率不能超过其最大发射功率限制;C2,C3,C4分别为R‑ID m,F‑ID x,无人机的计算资源约束,它们的计算速率都不能超过最大的计算速率;C5为无人机总能耗约束,即无人机的计算能耗和推进能耗之和不能超过其最大能耗;C6,C7为任务卸载比例约束;C8,C9分别为无人机飞行速度和加速度约束;

其中,无人机的处理能耗为:

无人机的能耗由推动能耗和计算能耗组成,而推动能耗远大于计算能耗,在时隙q,无人机的坐标为:Zn(q)=[xn(q),yn(q),hn(q)],hn(q)表示无人机高度;无人机的速度为Vn(q),加速度为an(q), 它的推进能耗为:max

其中,令TL(q)=TD(q)=TU(q),PU+PD=P , 解得R‑ID m的卸载比例为:

其中,

且 其中,BU表示R‑ID m将计算任务卸载到无人机的上行链路带宽;BD表示R‑ID m将计算任务卸载到F‑ID x的上行链路带宽,σn表示噪声功率。