[发明专利]一种无人机协作式的车联网运算任务卸载方法

权利要求书

1.一种无人机协作式的车联网运算任务卸载方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，移动边缘运算服务器接收车联网卸载的运算任务，若超过自身运算容限，则确定该移动边缘运算服务器为过载服务器，否则为非过载服务器；设超过自身运算容限的运算量为过载运算量；

步骤2，过载服务器基于自身的过载运算量，向无人机发出求助信号；

步骤3，无人机接收所有过载服务器的协作求助信号，并以最小化过载运算量的时延开销为目标、以自身长期能耗为约束条件构建原始优化问题，通过对原始优化问题进行转换和求解，得到为所有过载服务器的过载运算量提供协作式策略；

步骤3构建的原始优化问题P1为：

式中，cost^t为过载服务器在时隙t的时延开销，包括过载服务器向无人机传输过载运算量的传输时间开销和无人机执行过载运算任务的运算时间开销；T表示无人执行一次协作运算的时隙总数；

为无人机协助过程在时隙t产生的能耗，包括运算能耗、飞行能耗和悬停能耗；是无人机每个时隙内可以消耗能量的预算值；ε表示求期望操作；

所述时延开销的计算式为：

式中，和分别为过载服务器i在时隙t受到无人机帮助前的运算量和无人机在时隙t协助过载服务器i处理的运算量，表示在时隙t由过载服务器i卸载到无人机的运算任务对应的数据量，表示无人机执行数据量的运算任务的运算时间开销函数，n表示当前时隙下所有过载服务器的数目；

所述能耗的计算式为：

式中，E^tcp表示运算能耗，f^u表示无人机的运算能力，a表示无人机的能效因子；E^tfly表示飞行能耗，b为常量权重，与无人机的重量相关，v^t表示无人机在t时隙下的飞行速度；表示悬停能耗，和分别代表过载服务器i向无人机传输过载运算任务的传输时延和无人机执行过载运算任务的运算时延，E₀代表无人机在单位时间内的悬停能耗开销，其中：

B、P_ui和σ²分别表示无人机与过载服务器i之间的通信速率、信道带宽、信道增益、传输功率和噪声；

步骤3中对原始优化问题进行转换的方法为：

首先，定义一个能量不足序列：

其中，表示无人机在时隙t的能量不足程度；

然后，基于能量不足序列将原始优化问题P1转换为每个时隙可解的问题P2：

其中，为公式(2)所示的无人机长期能耗约束条件的转换表达，用能量不足序列加权以制约无人机长期能耗约束；V代表控制变量，V≥0,用来调整时延开销目标与约束无人机长期能耗约束之间的偏重关系；

对转换后的问题P2再进一步转换为问题P2-S2：

首先，将问题P2转换成如下等价形式的问题P2-S1：

其中，表明在t时隙，无人机采用策略s帮助过载服务器的概率，S则表示在t时隙所有可行的无人机帮助策略集合；

然后，将上述问题P2-S1近似转换成下列凸问题，表示为下列问题P2-S2：

其中，β≥0，当β趋于无穷大时，问题P2-S2与问题P2-S1等价；

采用离散马尔可夫求解问题P2-S2，确定无人机在每个时隙时隙t协助的过载服务器和协助处理的运算量

采用离散马尔可夫求解问题P2-S2的具体方法为：

步骤3.1，当前时隙下，每个过载服务器均作为无人机的候选协助对象；

步骤3.2，遍历当前时隙下无人机的所有可行的帮助策略，计算每个帮助策略s对应的f(s,t)值；每个帮助策略包括确定帮助的过载服务器和帮助该过载服务器的运算量；

步骤3.3，在帮助策略集合S随机选择一个帮助策略作为当前最佳帮助策略s^*，将其添加到空的帮助策略集合S'，然后按下列公式计算当前最佳帮助策略的出现概率

式中，s为帮助策略集合S中除去S'内包含策略的任意帮助策略；

步骤3.4，在帮助策略集合S随机选择S'中不包括的任意帮助策略将其添加到帮助策略集合S'，按照策略转换表达式计算由帮助策略s^*转向帮助策略的概率以及由帮助策略转向帮助策略s^*的概率然后基于平衡表达式计算帮助策略的出现概率

式中，χ为预设的非负系数；

步骤3.5，将帮助策略的出现概率与当前最优帮助策略的出现概率比较，选择其中较大的出现概率所对应的帮助策略作为新的当前最优帮助策略；

步骤3.6，返回执行步骤3.4-3.5，直到从帮助策略集合S中所有帮助策略均执行步骤3.4-3.5，最终得到的当前最优帮助策略s^*即为最佳帮助策略。