[发明专利]一种无人机辅助的边缘计算卸载算法分布式激励方法

说明书

一种无人机辅助的边缘计算卸载算法分布式激励方法，包括以下步骤：步骤1，建立一个由数字孪生驱动的空中辅助地面网络，此网络由车辆，路侧单元，无人机和数字孪生四部分组成；步骤2：将目标问题，即最大化网络中各实体的效用，分解为两个子问题进行激励；步骤3：求解第一个问题得到网络中的每一个路侧单元实际的计算资源贡献情况；步骤4：求解第二个问题得到使车辆满意度与能量利用率最大化的资源分配方案；引入数字孪生技术(Digital Twins,DT)为网络中的物理实体创建实时的数字仿真模型，实现实体数据的即时收集和实体状态的即时更新，从而更好地适应网络的高动态性及实变性的资源需求。

技术领域

本发明属于智能电厂、智慧车辆技术领域，特别涉及一种无人机辅助的边缘计算卸载算法分布式激励方法。

背景技术

在智能电厂、智慧车辆等的应用中需要面对数据收集、信息交互、任务分配等诸多问题，例如：由于电厂的正常运转涉及到大量的信息互动,因此其日常管理工作必须要结合信息的具体情况及电厂的运转状况来进行实时调整；对于电厂中存在的监管盲区，管理人员无法对其进行实时的数据监管,也无法在出现问题时得到及时的信息反馈等。而在实现地面网络车辆互联与管理的过程中也存在类似问题，如由于现有的地面网络存在覆盖范围受限，部署位置和容量固定等特性，在面对动态性较高的情况时并不能为车辆提供完美的服务，且车辆的移动和车辆间数据的交互都存在不可预测性和实时性。因此，可以将地面网络中应对目标问题的思路，应用于智能电厂、智慧交通的情景中，以实现优化任务分配、数据实时交互和更新、提高能效等需求。

以智慧交通为例，研究者们希望充分发挥无人机(Unmanned Aerial Vehicle，UAV)覆盖面广、灵活性强、可靠性高等优势来建立一个空-地互联网络，进一步为网络中的各个实体提供无死角、无时限的服务。这些服务主要通过对网络中的通讯或计算设施进行激励来实现，例如，当车辆通过无人机向附近的路侧单元(Road Side Unit，RSU)卸载计算任务的时候，就需要对路侧单元施加适当的激励。

然而，现有的空-地网络以及其中卸载计算任务的处理方式仍然存在着许多不足：

1.在空-地网络中，网络的高动态性和不可预测性不利于实现资源的有效分配。

2.对于卸载计算任务而言，当前大部分的研究工作均假设车辆移动和数据交换遵循一个确定的模式，无法满足实际应用场景的需要。

3.无论是激励机制还是资源分配机制都可能产生大量的计算工作，给有限的无人机资源造成负担。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无人机辅助的边缘计算卸载算法分布式激励方法，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种无人机辅助的边缘计算卸载算法分布式激励方法，包括以下步骤：

步骤1，建立一个由数字孪生驱动的空中辅助地面网络，此网络由车辆，路侧单元，无人机和数字孪生四部分组成；

步骤2：将目标问题，即最大化网络中各实体的效用，分解为两个子问题进行激励；

步骤3：求解第一个问题得到网络中的每一个路侧单元实际的计算资源贡献情况；

步骤4：求解第二个问题得到使车辆满意度与能量利用率最大化的资源分配方案；

步骤5：提出了基于Stackelberg博弈和Jacobian ADMM的计算资源分配机制，使路侧单元和路侧单元的数字孪生能够对分配方案达成共识，并以分布式和并行的方式解决整个问题。