[发明专利]无人机联盟网络卸载模型的系统及决策计算方法

权利要求书

1.一种无人机联盟网络卸载模型的系统，其特征在于，建立一个执行紧急任务的无人机编队网络，所述无人机编队网络内有M个联盟，集合为联盟M中包括一个无人机领导者和N_m个无人机成员，成员集合为网络内一共有A个可用信道，集合为无人机成员采集信息后对数据进行计算处理，将部分数据卸载给无人机领导者进行远程计算；无人机成员从可用信道集合中选择信道进行信息传输，当无人机领导者接收到多个成员的数据信息时，以先到先服务的方式分配计算资源，计算完毕后再将结果发送至成员；无人机成员应根据自身任务需求和实时通信环境，选择适当的卸载比例和信息传输信道；

对于无人机联盟M中第i个无人机n_m,i，无人机n_m,i根据数据量和通信环境做出卸载决策S_m,i＝(ω_m,i,K_m,i)，其中ω_m,i是无人机n_m,i卸载数据量占全部数据量的比例，ω_m,i∈Ω，比例可选集合Ω＝{ω₁,ω₂,...,ω_Ω}，本地运算比例为1-ω_m,i；K_m,i是无人机n_m,i的信道策略；若无人机n_m,i不选择卸载，则ω_m,i＝0；无人机n_m,i的本地计算时延为：

其中，L_m,i为采集信息后所需计算的数据长度，C_m,i为单位数据所需的计算次数，f_m,i为无人机的计算频率；

对于无人机联盟M中第i个无人机n_m,i，无人机n_m,i的信道策略为K_m,i，K_m,i＝{0}表示无人机不选择数据卸载，数据卸载时无人机选择可用信道向辅助无人机传输信息，此时令可选信道数量的最大值为2，信道策略表示为或对于同一联盟内任意两个需要数据卸载的无人机n_m,i1,n_m,i2，规定数据卸载时不能使用相同的信道，即当K_m,i1≠{0}且K_m,i2≠{0}时，卸载时延为

其中，R_m,i是无人机n_m,i的传输总速率，具体表示为

为无人机n_m,i在信道卸载时数据传输速率，j是信道编号；

其中，B为信道带宽，P_m,i为无人机发射功率，d_m,i为无人机n_m,i至领导者的距离，α是信道衰减因子，N₀是背景噪声，

是无人机n_m,i的邻居无人机构成的集合，I_g,j表示邻居无人机对无人机n_m,i的干扰值，具体表示为

其中，为指示函数；

联盟M中无人机领导者的计算频率为f_m，其为无人机n_m,i进行数据计算的时延为

其中，ω_m,i是无人机n_m,i卸载数据量占全部数据量的比例，L_m,i为采集信息后所需计算的数据长度，C_m,i为单位数据所需的计算次数；

先到先服务的排队模型中，将无人机数据卸载的结束时刻定义为排队模型中顾客的到达时刻；无人机的卸载时间越短，到达次序越低，联盟内卸载时间最短的无人机作为第一个到达顾客，卸载时间最长的无人机作为最后一个到达顾客；无人机从卸载数据开始到数据计算完毕消耗的总时间包括卸载时间、排队时间和计算时间三个部分，卸载时间和计算时间根据公式给出，排队时间取决于上一个顾客的结束时间；在联盟M内，假设无人机n_m,i为第λ个顾客，从卸载开始至计算完毕总时间为

其中，为第λ个到达用户的远程计算总时延，为第λ-1个到达用户的远程计算总时延，为无人机n_m,i的卸载传输时延，为无人机n_m,i的远程计算时延；

优化目标为全网任务计算时间，具体表示为，

其中，S为全网无人机的策略集合，S_M为联盟M中无人机的策略集合，由于数据经计算处理后具有一定的幅度压缩，数据量大幅降低，因此可忽略领导者至成员的传回时间，无人机n_m,i完成数据计算的总时间T_m,i，具体表示为，

其中为无人机n_m,i的本地计算时延，为无人机n_m,i的远程计算总时延。

2.一种基于权利要求1所述的无人机联盟网络卸载模型系统的决策计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，完成初始化，所有无人机成员随机选择卸载比例和信息传输信道；

步骤2，无人机领导者通过联盟间信息交互获取决策信息，从全网选择若干个非邻居关系的无人机成员更新卸载策略，选择使无人机成员效用函数最大的策略进行更新，效用函数具体表示为，

其中，S_m,i是无人机n_m,i的卸载策略，S_-m,i表示全网内除n_m,i外无人机成员的策略，是无人机n_m,i所在联盟的成员集合，是无人机n_m,i的所有邻居所在联盟构成的集合；

步骤3，重复步骤2，直至收敛状态；收敛后无人机领导者将策略发送给无人机成员。