[发明专利]一种多无人机协助用户的移动卸载方法

说明书

本发明提供了一种多无人机协助用户的移动卸载方法，属于移动云计算领域。本发明从无人机资源分配、航迹规划和任务分配三方面对多用户上传和下载需求的移动迁移进行建模；然后利用一个三阶段的迭代算法对模型进行转化、松弛并利用分支定界法进行迭代求解，得到最优的资源分配、任务分配以及航迹规划方案。本发明的有益效果在于：本发明提出的移动卸载方法同时考虑到用户的上传需求和下载需求，极大地提高了用户的计算速率；本发明提出的移动卸载方法通过最大化所有用户中最小的计算速率，实现用户的公平性。

技术领域

本发明属于移动云计算领域，具体涉及一种多无人机协助用户的移动卸载方法。

背景技术

随着智能手机、平板电脑以及台式电脑的爆炸性增长，移动数据流量产生指数型增长，导致蜂窝网络上的数据流量过载，无法提供足够的容量来满足众多移动数据要求，如何减少蜂窝频段上承载的过多数据量是现在面临的巨大挑战。移动卸载是一种解决上述问题的新兴技术，它包括计算卸载和数据卸载，指使用互补网络技术来为用户提供数据流量，通过卸载减少蜂窝频段上承载的数据量，为其它用户释放了带宽。对于一些边缘用户，传统的基站已经无法满足用户爆炸性的需求，且边缘用户距离蜂窝网络较远，用户的通信质量大大下降。因此，提出通过利用无人机为移动用户设备提供传输覆盖和计算能力，尤其适用于基础设施极其有限的偏远地区。在通信资源有限的环境以及紧急任务的场景中，用户可能同时具有数据卸载和计算卸载的需求，二者之间的资源竞争就产生了巨大的挑战。虽然单个无人机在其辅助用户移动卸载方面具备一定的优势，不过由于无人机体积、重量及功率的限制，单个无人机在用户区域大且移动卸载需求较大的情况下无法更好的满足所有用户的需求，因此通过部署多个无人机协助并行地为所有用户服务以实现更有效的通信、更高的吞吐量和更低地接入延迟。

多无人机移动卸载的主要问题就是如何在满足用户需求的同时节省设备的能量消耗。以前的很多工作研究了多无人机移动卸载降低传输时延、减少能耗以及航迹规划的问题。第一类，研究一种蜂窝连接无人机移动边缘计算系统，多个无人机由地面基站(TBS)服务以进行计算任务卸载，目标是最小化无人机的总能耗，包括推进能量，计算能量和通信能量，同时确保完全计算无人机的总位数，但只考虑了四种上行传输，没有考虑用户的数据卸载需求(Hua M,Huang Y,Wang Y,et al.Energy Optimization for Cellular-Connected Multi-UAV Mobile Edge Computing Systems with Multi-Access Schemes[J].2018.)。第二类，研究了一种基于多无人机的无线通信系统，采用多个无人机安装的空中基站服务于地面上的一组用户，通过优化多用户通信调度和关联，结合无人机的航迹和功率控制，使下行通信中所有地面用户的最小吞吐量最大化，但没有从用户需求上考虑任务上传和数据下载并存的情况(Wu Q,Zeng Y,Zhang R.Joint Trajectory andCommunication Design for Multi-UAV Enabled Wireless Networks[J].IEEETransactions on Wireless Communications,2017,PP(99):1-1.)。

综上所述，现在技术主要存在以下问题：

(1)许多研究只从计算卸载方面考虑，没有从用户数据下载方面考虑下行传输的问题，忽略了实际场景中用户需求复杂的情况。

(2)大多数研究多无人机作为空中基站在任务匹配上只考虑整个任务进行迁移，没有将无人机与用户匹配关系按时隙划分，降低了无人机利用效率。

发明内容

本发明提供了一种多无人机协助用户的移动卸载方法，从无人机资源分配、航迹规划和任务分配三方面对多用户上传和下载需求的移动迁移进行建模；然后利用一个三阶段的迭代算法对模型进行转化、松弛并利用分支定界法进行迭代求解，得到最优的资源分配、任务分配以及航迹规划方案。

在进行资源优化前，需要先完成如下操作：