[发明专利]基于无人机的充电和任务卸载系统及其任务耗时优化方法

权利要求书

1.一种基于无人机的充电和任务卸载系统，其特征在于，包括：无人机和若干个用户设备，每个所述用户设备对应一个独立的任务；所述无人机搭载有WPT模块和MEC服务器，所述WPT模块用于向所述用户设备提供对应任务的本地计算的电量消耗，或提供将任务卸载至所述MEC服务器的电量消耗；其中所有所述用户设备的任务均采取0-1卸载方案且每一用户设备仅能在所述无人机的某一悬停点向所述无人机发起一次充电和任务卸载请求；

所述无人机在执行任务之前，先计算由用户设备计算对应任务的本地计算耗时和本地计算耗能、由用户设备将任务卸载至MEC服务器的传输耗时和耗能信息、由MEC服务器计算对应任务的边缘计算耗时和边缘计算耗能、和WPT模块对用户设备的充电耗时；根据求出的所有耗时和耗能，以所有所述用户设备的任务计算总耗时最小化作为目标函数，计算满足所述目标函数的最优的用户设备的任务卸载决策、MEC服务器的卸载计算资源分配、WPT模块的充电资源分配、和用户设备与MEC服务器的连接决策，用于使所有所述用户设备的任务计算总耗时最小；

所述无人机通过块坐标下降法计算满足所述目标函数的最优的用户设备的任务卸载决策、MEC服务器的卸载计算资源分配、WPT模块的充电资源分配、和用户设备与MEC服务器的连接决策；

其中，所述目标函数表示为：

其中，N表示所述用户设备的数量，M表示所述无人机飞行悬停点的数量，a_i(j)表示用户设备i与所述MEC服务器在悬停点j的连接决策，表示在悬停点j的所述WPT模块对用户设备i的充电功率，ρ_i表示用户设备i的任务卸载决策，f_i^O(j)表示在悬停点j的所述MEC服务器对用户设备i分配的计算频率，表示用户设备i执行本地计算的本地计算耗时，表示在悬停点j的所述WPT模块对用户设备i的充电耗时，表示用户设备i将任务卸载至所述MEC服务器的传输耗时；表示在悬停点j的所述MEC服务器执行用户设备i的任务卸载计算耗时；

所述目标函数的约束条件为：

s.t.C1:

C2:

C3:

C4:

C5:

C6:

C7:

C8:

C9:

其中，N表示所述用户设备的集合，M表示所述无人机飞行悬停点的集合，表示MEC服务器的最大计算频率，表示WPT模块的最大充电功率，C表示所述MEC服务器可同时连接的最大用户设备数量。

2.一种基于权利要求1所述的基于无人机的充电和任务卸载系统的任务耗时优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

以所有用户设备的任务计算总耗时最小化作为目标函数，建立WPT-MEC场景中的用户设备充电与任务部分卸载模型；

求解所述用户设备充电与任务部分卸载模型，得到满足目标函数的所有用户设备卸载与连接信息，以及对应的最优WPT充电资源和MEC计算资源；

无人机沿既定轨迹飞行，并在相应悬停点向每个用户设备分配对应的最优WPT充电资源和MEC计算资源。

3.根据权利要求2所述的任务耗时优化方法，其特征在于，所述求解所述用户设备充电与任务部分卸载模型，包括步骤：

确定所述目标函数的松弛问题；

根据块坐标下降法，将所述目标函数的松弛问题拆分为单独求解各变量的子问题；

求解松弛下各变量的子问题，确定所述目标函数的最优解及其对应的最优方案。