[发明专利]基于二元加载机制下无人机充电边缘计算网络的资源分配方法

说明书

一种基于二元加载机制的无人机充电边缘计算网络的资源分配方案，步骤是：设置功率及初始化参数；计算最佳中央处理器频率，加载时间和用户发射功率；计算拉格朗日乘子；计算用户操作选择方案，更新迭代次数；判断目标函数值是否满足终止条件；初始化迭代次数j＝1；计算最佳无人机轨迹，更新迭代次数和轨迹；判断无人机轨迹是否满足终止条件；将第j次迭代获得赋值给第i次迭代更新迭代次数i＝i+1；判断目标函数值是否满足终止条件；获得最佳的中央处理器频率、发送功率、加载时间和模式选择以及无人机轨迹。本发明具有可应用于无人机充电的移动边缘计算网络中实现所有用户加权计算比特之和最大化的资源分配，算法复杂度低，可实现快速收敛，易于实现的优点。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更进一步涉及边缘计算通信技术领域中的一种基于二元加载机制的无人机充电边缘计算网络的资源分配方案。

背景技术

随着移动设备的不断更新，具有增强现实，移动在线游戏，自动驾驶和多媒体转换等先进功能的新兴应用正在涌现，物联网得到了快速发展。同时，以上应用程序均 需要在大规模无线设备上执行数据量巨大和对延时敏感的计算任务。然而，由于移动 设备通常体积小，存储能量有限，因此如何为它们提供足够计算能力和减少计算延时， 以提高服务质量是一项至关重要且又极具挑战性的任务。近年来，移动边缘计算和无 线充电被认为是解决上述挑战的两个有前景的技术。当移动边缘计算网络需要执行的 计算任务无法分离时，移动边缘计算操作模式以二元加载机制运行，即计算任务可在 本地执行或全部加载到移动边缘计算服务器执行。通过在无线通信网络(例如接入点 和基站)的边缘部署移动边缘计算服务器以提供类似云计算功能，使得无线设备可以 将数据量巨大且对延时敏感的计算任务加载到接入点或基站，以便在其已安装的移动 边缘计算服务器上进行远程计算，这明显减轻了移动设备的计算负担。

另一方面，基于射频的无线充电技术已成为有效解决电池容量有限难题的方案。具体来说，无线充电技术使用专用的射频能量发射器，可以为低功耗移动设备提供可 持续和高成本效益的能量供应。目前，商用无线能量传输发射器可以有效地提供几十 微瓦的射频功率和覆盖半径超过10米的范围，这足以为许多低功耗移动设备的运行提 供能量。因此，通过在移动边缘计算网络中集成无线能量传输可以显著提高移动设备 的计算性能。同时，考虑到无线能量传输电路设计和先进的信号处理技术(例如能量 波束形成和分布式多点无线能量传输)的快速发展，我们预期在不久的将来无线充电 技术可提供更高效和更稳定的电源。由于射频信号的广播性质，无线充电技术特别适 用于为大量分布式存在的移动设备供电，如在无线传感网络和物联网中部署的感知器。

无线充电技术和移动边缘计算技术的融合引入了一种新的无线充电移动边缘计算 模式，可以解决物联网网络中移动设备储能有限和计算能力有限问题。然而，移动设 备获得无线能量传输的能量受到信道衰落的严重影响。最近，受无人机辅助无线通信 技术发展的启示，研究人员已经提出了基于无人机辅助的无线充电技术来提高无线能 量传输的效率。在此技术下，无人机给地面分布的多个移动设备提供能量。结果表明， 由于短距离视距能量传输链路的高可能性，通过适当的轨迹设计及利用无人机可控的 机动性，无线能量传输效率可以显著提高。通过使用无人机辅助移动边缘计算二元加 载机制，也可以提高计算性能。此外，无人机辅助架构在灵活部署和低运营成本方面 具有优势，并且有助于避免通信系统被自然灾害破坏的情况。因此，如何将无人机计 算应用到无线充电边缘计算网络中具有重要的研究意义和应用价值。