[发明专利]一种UAV-MEC环境下利用物理层安全技术的高安全卸载能效方法

说明书

一种UAV‑MEC环境下利用物理层安全技术的高安全卸载能效方法，构建一个新型的无人机边缘卸载场景，以最大化系统安全通信传输速率与合法无人机能耗的比值为目标，建立了无人机最大保密能效模型，在满足给定时延、MEC服务器CPU计算频率以及卸载率的约束下，联合优化了合法无人机的轨迹、CPU计算频率分配以及计算任务的卸载策略，同时从物理层安全角度提升了UAV‑MEC场景下的安全通信。构建了一种基于块坐标下降法的全局优化算法来解决优化问题，将该优化问题进行解耦为三个子问题，通过引入松弛变量将非凸子问题近似为局部凸优化问题，对凸问题利用CVX工具进行多次迭代求解系统近似最优解。本方法充分考虑了无人机安全通信与无人机能耗之间的关系，提升系统整体Qos。

技术领域

本发明涉及计算机无线通信技术领域，具体涉及一种UAV-MEC环境下利用物理层安全技术的高安全卸载能效方法。

背景技术

随着移动终端设备的普及与移动通信技术的快速发展，计算密集型业务对终端的计算能力和存储能力提出了很高的要求。因此，有很多研究者考虑将云计算的思想引入到移动通信网络中，采用移动云计算的方式来加速计算密集型业务的运行和处理以提升用户体验。在典型的移动云计算网络中，云服务器一般部署在远离用户的核心网中，将业务卸载到云服务器，往往面临较大的传输延迟。鉴于此，欧洲电信标准协会ETSI行业规范小组ISG推出了移动边缘计算MEC，作为将智能扩展到网络边缘以及更高处理和存储能力的一种手段，达到了较好的计算和处理服务效果。

尽管无人机(UnmannedAerialVehicle，UAV)辅助的边缘计算系统有着很大的优势，但是，无人机对地的通信问题不得不考虑。众所周知，由于无线传输的广播性质，无人机和地面用户之间的通信很容易被附近的恶意攻击者听到。

从保证物理层安全和节约能耗的角度来看，无人机边缘计算系统的目标是最大化保密能量效率或称为安全能量效率，即系统中保密容量与系统能耗之间的比值。保密容量，或称为安全容量，定义为主链路的信道容量和窃听链路的信道容量之差。如果保密能力下降到零以下，从源到目的地的传输就变得不安全，窃听者就能够拦截源传输。为了防止窃听者对任务卸载过程中的数据窃取，无人机自身要具备发射干扰信号的能力，同时在卸载数据过程中要选择较好的信道环境，但是由于无人机自身储存的电力资源有限的因素，防窃听功耗和数据卸载量之间存在矛盾，即无人机要获得很大的保密通信卸载率，必然要消耗更多的干扰功率。因此基于此研究无人机辅助边缘计算中的安全通信和能效优化策略问题有着一定的意义。

发明内容

针对上述背景技术中存在的问题，本发明提出一种UAV-MEC环境下利用物理层安全技术的高安全卸载能效方法，在存在窃听者的无人机辅助边缘计算环境下，引入物理层安全技术，将地面终端计算任务卸载给无人机搭载的边缘服务器过程中的安全通信传输速率与无人机能耗进行均衡，实现高安全卸载能量效率，提升系统整体的运行效率。

一种UAV-MEC环境下利用物理层安全技术的高安全卸载能效方法，包括如下步骤：

步骤1，建立存在窃听无人机和合法无人机的边缘卸载场景；

步骤2，通过数学模型将上述边缘卸载模型建模为公式化的优化问题；

步骤3，将建立的优化问题根据地面卸载用户任务数据量是否能满足任务时延要求划分为两种模式：本地计算模式和MEC部分卸载计算模式，若地面终端用户能在时延要求范围内完成计算任务，则选择本地计算模式；否则，选择MEC部分卸载模式；

步骤4，将MEC部分卸载模式下的优化问题利用块坐标算法进行求解，将其解耦为三个子优化问题：合法无人机轨迹优化非凸子问题、无人机CPU计算频率分配子问题以及数据卸载率优化子问题；

步骤5，对无人机轨迹优化非凸子问题引入松弛变量进行局部凸近似处理，以求解系统近似最优的运行轨迹；