[发明专利]蜂窝网联下多无人机协同移动边缘计算系统资源分配方法

权利要求书

1.蜂窝网联下多无人机协同移动边缘计算系统资源分配方法，其特征在于：所述多无人机移动边缘计算系统包括多个无人机节点和一个地面蜂窝网通信基站，各无人机节点均具有一定量的待处理数据比特，无人机节点按照指定路径、速度以及加速度飞行，在每一个飞行时刻，根据调度策略选择其中一个无人机节点，将该无人机节点的部分待处理数据发送给地面蜂窝网通信基站，地面蜂窝网通信基站对这些数据进行运算处理，建立三维空间直角坐标系(x,y,z)，z轴坐标表示空间的高度位置信息；地面蜂窝网通信基站的坐标w＝(x_w,y_w,0)^T，其中，(·)^T表示矩阵/向量转置，系统中存在K个无人机节点，第k个无人机节点有L_k个待处理数据信息比特，ρ_kL_k个信息比特在第k个无人机节点进行本地计算，(1-ρ_k)L_k个信息比特通过负载分流方式，在飞行过程中根据调度方案先后传输给地面蜂窝网通信基站，地面蜂窝网通信基站对这些分流数据进行处理，其中，0≤ρ_k≤1表示第k个无人机的信息比特分配因子，用于权衡第k个无人机节点的本地计算与负载分流的数据量比例；K个无人机节点在三维空间中以固定高度H飞行，单次飞行时间为T，将该时间段分割为N+1个时隙，每个时隙宽度为δ，即T＝δ(N+1)；第n个时隙，第k个无人机节点的飞行参量包括：位置坐标q[n]＝(x[n],y[n],H)^T，飞行速度向量v[n]＝(v_x[n],v_y[n],0)^T，加速度向量a[n]＝(a_x[n],a_y[n],0)^T，所述资源分配方法包括以下步骤：

(1)建立第n个时隙内第k个无人机节点的数据通信能耗模型

(2)建立第k个无人机节点在时间长度T内处理数据比特时的能耗模型

(3)建立第k个无人机节点在单次飞行时间内的飞行能耗模型

(4)基于步骤(1)、步骤(2)和步骤(3)中无人机节点的数据处理能耗、数据传输能耗和飞行能耗模型，以最小化所有无人机节点的总能耗为优化目标，并考虑无人机节点飞行条件约束和基站能耗约束，建立关于无人机节点飞行参量、信息比特分配参量、数据发送功率参量和调度参量的数学模型并求解，该数学模型为：

s.t.C1:

C2:

C3:

C4:

C5:

C6：

C7：

C8:

C9:

C10:

C11:

其中，表示飞行参量，表示数据比特分配参量，C1表示基站用于处理数据信息的最大能量约束值为E_total，C2表示在第n时隙内，信道带宽为B条件下，第k个无人机节点的数据传输比特约束，C3和C4表示无人机节点调度变量约束条件，C5表示比特级联约束，即各飞行时刻基站运算处理的信息比特数不超过无人机节点向其传输的信息比特数，C6表示无人机节点向基站传输的总信息比特数，C7表示基站所处理的分流的总信息比特数，C8表示无人机飞行参量间的关系约束，C9-C11表示优化参量的可行域边界约束条件，L_k[n]表示第n时隙内第k个无人机节点向基站发送的比特数据，基站的数据处理延时为1个时隙，L_u,k[n+1]表示第n+1时隙基站处理比特数据的数量，W表示本系统中所使用的信道带宽，σ²表示加性复高斯白噪声功率，q_k,I表示第k个无人机节点起始位置，q_k,F表示第k个无人机节点终止位置，V_max表示第k个无人机节点最大飞行速度，a_max表示第k个无人机节点最大加速度；假设时隙宽度足够小，第k个无人机的三个飞行参量可由各时隙的参量所组成的集合进行描述，即飞行路径的位置点集合飞行速度集合加速度集合在每个时隙内，有且仅有一个无人机节点被调度出来向基站发送数据，进行数据负载分流，以x_k[n]表示第n个时隙第k个无人机节点的调度变量，该变量为二进制变量，非0即1，当该无人机节点被选出时，x_k[n]＝1，否则，x_k[n]＝0，每个时隙最多只有一个无人机节点被选出，即