[发明专利]基于二元加载机制下无人机充电边缘计算网络的资源分配方法

摘要

一种基于二元加载机制的无人机充电边缘计算网络的资源分配方案，步骤是：设置功率及初始化参数；计算最佳中央处理器频率，加载时间和用户发射功率；计算拉格朗日乘子；计算用户操作选择方案，更新迭代次数；判断目标函数值是否满足终止条件；初始化迭代次数j＝1；计算最佳无人机轨迹，更新迭代次数和轨迹；判断无人机轨迹是否满足终止条件；将第j次迭代获得赋值给第i次迭代更新迭代次数i＝i+1；判断目标函数值是否满足终止条件；获得最佳的中央处理器频率、发送功率、加载时间和模式选择以及无人机轨迹。本发明具有可应用于无人机充电的移动边缘计算网络中实现所有用户加权计算比特之和最大化的资源分配，算法复杂度低，可实现快速收敛，易于实现的优点。

主权项

1.一种基于二元加载机制下无人机充电边缘计算网络的资源分配方法，包括如下步骤：(1)设置功率分配参数：(1a)设置容错误差ξ,ξ1和ξ2，其取值范围为(0,1)；(1b)设置无人机传输功率P0，持续飞行时间T，时间块T离散成相等的N份，无人机最大飞行速度V0；(1c)设置无人机初始位置q0和最终位置qF；(2)初始化资源分配参数：(2a)将选择执行本地计算的用户迭代次数i初始化为1；(2b)初始化拉格朗日乘子和以及无人机飞行轨迹(3)初始化资源分配参数：(3a)将次级梯度迭代算法的迭代次数l初始化为1；(3b)初始化模式选择(4)计算最佳中央处理器频率，加载时间和用户发射功率：(4a)按照下式，对给定的无人机飞行轨迹和最佳二进制变量计算第m个用户在第n个时隙第i次迭代的最佳中央处理器频率和最佳传输功率否则,其中ω_m表示第m个用户的权重，考虑了用户间的优先级和公平性；C表示每个用户计算一位原始数据所需的中央处理器周期数；γ_c表示第m个用户处理器芯片的有效电容系数，且γ_c取决于第m个用户的芯片架构；υ_m,k≥0表示与能量收集和执行本地计算能量消耗约束条件相应的拉格朗日乘子；t_m[n]表示第m个用户在第n个时隙加载时间；B表示通信带宽，v_m表示第m个用户加载任务中包含的通信开销，ln2表示2的自然对数；表示第m个用户的噪声功率，h_m[n]表示无人机与第m个用户之间在第n个时隙的信道功率增益；[a]⁺＝max(a,0)，且max(a,0)表示取a和0中较大值；(4b)对给定的轨迹通过使用二分法处理下式，得到第m个用户在第n个时隙的最佳加载时间其中，h_m[n]表示无人机与第m个用户之间在第n个时隙的信道功率增益，z_m[n]＝t_m[n]P_m[n]，t_m[n]表示第m个用户在第n个时隙加载时间，P_m[n]表示第m个用户在第n个时隙的传输功率，表示第m个用户的噪声功率，v_m表示第m个用户加载任务中包含的通信开销，N表示时间块T离散成相等的第N份，ε_n表示第m个用户在第n个时隙选择执行本地计算还是任务加载对应的拉格朗日乘子，B表示通信带宽，T表示无人机持续飞行时间；(5)使用次级梯度算法，更新拉格朗日乘子和其中l表示迭代指数，θ(l)和表示在第l次迭代的迭代步；△υ_m,n(l)和△ε_n(l)表示相应的次级梯度，如下式：其中，η₀表示能量转换效率，T表示无人机持续飞行时间，N表示时间块T离散成相等的第N份，h_m[k]表示无人机与第m个用户之间在第k个间隙，的信道功率增益，P₀表示无人机传输功率；γ_c是处理器芯片在第m个用户处的有效电容系数，且取决于第m个用户的芯片架构；和表示第m个用户在第n个间隙第l次迭代的最优值；无人机传输功率P₀；(6)计算用户操作选择方案更新迭代次数：(6a)按照下式，对任意给定的f_m[n]，P_m[n]，t_m[n]和q_u[n]，可计算出用户操作选择方案其中υm,n≥0，表示与能量收集和执行本地计算及加载计算能量消耗约束条件对应的拉格朗日乘子；εn≥0表示第m个用户在第n个时隙选择执行本地计算还是任务加载对应的拉格朗日乘子；vm表示加载任务中包含的通信开销；(6b)更新次级梯度迭代算法的迭代次数l＝l+1；(7)判断第l次迭代后的目标函数值(中央处理器频率、发射功率和加载时间的值)是否满足容错误差终止条件，若是，则执行步骤(9)，否则，将目标函数值的迭代次数加1后执行步骤(4)；(8)初始化迭代次数j＝1；(9)计算最佳无人机飞行轨迹更新迭代次数和轨迹：(9a)对给定的最佳中央处理器频率最佳发射功率和最佳加载时间以及最佳用户操作选择方案利用凸优化软件工具包，计算最佳无人机飞行轨迹(9b)更新迭代次数j＝j+1和无人机飞行轨迹(10)判断相邻两次迭代无人机飞行轨迹之差是否满足轨迹终止条件，若是，则执行步骤(11)，否则，将迭代次数加1后执行步骤(9)(11)将第j次迭代获得赋值给第i次迭代(12)更新迭代次数i＝i+1；(13)判断第i次迭代后的目标函数值：中央处理器频率、发射功率和加载时间的值，是否满足容错误差终止条件，若是，则执行步骤(14)，否则，将目标函数值的迭代次数加1后执行步骤(4)；(14)获得最佳中央处理器频率最佳发射功率最佳加载时间和最佳模式选择以及最佳轨迹