[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

说明书

本发明公开了一种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，本系统通过在无人机上搭载MEC服务器和WPT模块，能够向用户设备提供本地计算的消耗电量和将任务卸载的消耗电量，打破因储能较低的用户设备无法有效执行本地计算和利用MEC资源的限制，提升系统任务完成的效率。而且通过对用户设备所具备资源的最大化利用，使用户设备能在最短时间内处理或传输其任务数据，在这个前提下，通过对本地计算和卸载计算两种模式下任务总耗时的比较权衡，选择最优于用户设备体验的策略方案，提高了WPT和MEC对每一用户设备所分配资源的性价比与利用率，实现了系统任务完成总耗时最小化的目标，达到WPT和MEC的资源利用率和分配合理性目的，提升了工作效率。

技术领域

本发明涉及5G/B5G通信技术领域，特别涉及一种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。

背景技术

移动边缘计算(MEC)是近年来提出的一种在移动网络边缘处理资源密集型和时延敏感型应用的技术，它可以突破用户设备的硬件限制和资源限制。

近年来，随着无线通信技术和物联网技术的飞速发展，无线传感器网络在极端与偏远环境下的救援部署、数据采集和安全防护等场景下的应用也愈发广泛。工业物联网、智慧城市等领域的许多应用问题都可以在MEC框架下实现。例如，在电动汽车智能电网充电中，可以将MEC服务器部署在路边单元(RSU)上，与远端云配合监视与调度电动汽车的充电行为。

现有的MEC技术大都不考虑MEC服务器的灵活部署性，同时假设MEC服务器的资源是无限够用的。但在许多实际场景中，架设固定的地面MEC服务器往往是不现实与低效益的，同时MEC服务器所能提供的资源也是有限的。在偏远的大型工业场景下，如沙漠油田或输油线路，由于各方面现实因素的制约，架设地面MEC服务器是不可行且不经济的；且在资源受限的情况下，MEC服务器往往难以在保证所有用户业务能够在最短时间内完成。而且现有MEC技术大都不考虑用户设备能量的有限性，默认其随时具有对自身业务的传输与计算能力。对于大部分的无源IoT传感网而言，用户设备由于自身储能较低往往无法负担长时间的有效工作与业务传输处理，无法有效利用MEC服务器的资源。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种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。

本发明的第一方面，提供了一种基于无人机的充电和任务卸载系统，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。

根据本发明的实施例，至少具有如下技术效果：

(1)在本系统中，通过在无人机上搭载MEC服务器打破传统MEC服务器架设于固定的地面的限制，能够提升对用户任务进行卸载计算的可行性和系统整体的经济效益；通过在无人机上搭载WPT模块能够向用户设备提供执行本地计算的消耗电量和将任务卸载至无人机的消耗电量，能够打破因自身储能较低用户设备无法有效执行本地计算和无法有效利用MEC资源的限制，提升系统任务完成的效率。