[发明专利]一种基于空天地远程物联网的计算卸载方法及系统

权利要求书

1.一种基于空天地远程物联网的计算卸载方法，其特征在于，包括：

根据物联网终端本地计算能耗、无人机边缘计算卸载能耗、无人机飞行能耗、卫星云计算卸载能耗和无人机边缘计算能耗，构建总能耗目标函数，其中：

所述物联网终端本地计算能耗是通过本地计算任务量、任务完成时长获取得到的，公式为：

其中，表示第k个物联网终端的本地计算能耗，α_kL_k表示第k个物联网终端的本地计算任务量，G表示有效切换容量和任务执行完成概率的常数，T表示系统总周期；

所述无人机边缘计算卸载能耗是通过以下公式获取得到的：

其中，表示第k个物联网终端的边缘计算卸载量在第n个时隙卸载到第m个无人机的能耗，表示第k个物联网终端在第n个时隙传输到第m个无人机的边缘计算卸载量，B表示通信带宽，σ²表示物联网终端的噪声功率，λ表示每个时隙中包含有λ个子时隙；表示在第n个时隙，第k个物联网终端到第m个无人机上行链路的信道功率增益遵循的自由空间损耗模型；

所述无人机飞行能耗是通过无人机飞行推进能源消耗模型获取得到的，所述无人机飞行推进能源消耗模型为：

其中，表示第m个无人机在第n个时隙的飞行能耗，v_m[n]表示第n个时隙下第m个无人机的速度，Δ表示时隙的长度，q_m[n+1]表示第n+1个时隙第m个无人机的飞行轨迹，q_m[n]表示第n个时隙第m个无人机的飞行轨迹；c＝0.5QΔ，表示无人机飞行能耗参数，Q表示无人机的质量；

所述卫星云计算卸载能耗通过以下公式获取得到的：

其中，表示第k个物联网终端在第n个时隙卸载卸载到卫星的能耗，表示第k个物联网终端在第n个时隙传输到卫星的云计算卸载量，B表示通信带宽，σ²表示物联网终端的噪声功率，λ表示每个时隙中包含有λ个子时隙；表示在第n个时隙，第k个物联网终端到卫星上行链路的信道功率增益遵循的资源空间损耗模型；

所述无人机边缘计算能耗通过以下公式获取得到的：

其中，表示第m个无人机对第k个物联网终端的边缘计算任务量的计算能耗，β_k,mL_k表示第k个物联网终端在第k个无人机的边缘计算任务量，G表示有效切换容量和任务执行完成概率的常数，T表示系统周期长度；

设置二进制变量当时，表示在第n个时隙时，第m个无人机为第k个物联网终端服务，否则，设置二进制变量当时，表示在第n个时隙，LEO卫星为第k个物联网终端服务，否则，设置物联网终端调度和关联卸载资源分配卸载计算分配无人机轨迹构建总能耗目标函数为：

s.t.

其中，K表示物联网终端个数，M表示无人机个数；每个物联网终端k都有一个计算密集型任务将计算密集型任务L_k的一部分α_k作为本地计算，β_k,m表示迁移(卸载)到无人机在上行进行边缘计算；第k个物联网终端的水平坐标为q_k＝(x_k，y_k)^T，第m个无人机在t时刻的飞行轨迹为q_m(t)＝(x(t)，y(t))^T，高度固定为H；定义其中，表示总周期T中有相邻下一时隙的时隙集合，表示卸载时隙集合；V_max表示无人机的最大速度，单位m/s；d_min表示无人机为确保避碰的最小间距离，单位为m；θ表示无人机的固定角度；

根据所述总能耗目标函数，获取总能耗最优计算卸载方案，包括：将所述总能耗目标函数中约束条件的二元变量松弛为连续变量，得到约束条件松弛后的总能耗目标函数；根据线性规划、拉格朗日对偶分解法和连续凸优化方法，对约束条件松弛后的总能耗目标函数进行求解，得到总能耗最优计算卸载方案；

根据所述总能耗最优计算卸载方案，对空天地远程物联网的计算卸载进行调整。