[发明专利]一种基于边缘计算的安防机器人系统节能方法

说明书

本发明公开了一种基于边缘计算的安防机器人系统节能方法，本发明基于线性搜索算法解决非凸优化问题，得到安防机器人可以获得其最小的能量消耗时最佳传输持续时间和总能量最小开销，然后利用时分多址(TDMA)和边缘计算(EC)来对智能建筑物中安防机器人的能量密集型计算任务进行计算分流，并提出了对多安防机器人、TDMA传输和计算资源分配的联合优化，最大限度地减少智能建筑物体中安防机器人的总能耗，以完成其所需的延迟限制下的任务。

技术领域

本发明涉及安防机器人系统技术领域，尤其涉及一种基于边缘计算的安防机器人系统节能方法。

背景技术

自从2016年中智科创机器人发布国内第一款巡逻机器人引发公众热议，安防机器人进入公众的视野已经快到第5年了。安防机器人本身有着丰富的传感器，例如超清可见摄像机，热成像仪，150°广角工业高级摄像头，温度采集传感器，避障立体摄像机，激光雷达等，这些传感器，无时不刻不在进行各种复杂的能量密集型的计算任务，安防机器人中由于本身计算能力的限制，在处理这些复杂计算任务的时候，会产生相当大的能量消耗，这与安防机器人系统的绿色节能理念相违背，因此找到一种合理的方案来辅助安防机器人进行节能提高续航能力是很有必要的。另外一方面，随着边缘计算技术和无线通信网络技术的发展，不断涌现的新技术为安防机器人总体能量优化提供了可以改善优化的方案。在安防机器人系统中需要安防机器人通过无线网络传输技术时分多址(TDMA)将本地的一些复杂能量密集型计算任务卸载到边缘服务器，通过借助边缘服务器丰富的计算资源联合协作来完成这些复杂的计算任务，以此实现整个安防机器人系统的绿色节能目标。

随着对绿色无线系统的关注日益增长，在过去的几十年中，许多研究工作一直致力于研究节能型边缘(EC)计算服务：如致力于对节能工作量卸载问题进行了研究，并提出了诸如基于乘数共识交替方向法的分布式解决方案；或者，提出了工作量卸载和功率控制的联合优化，以最大程度地减少能耗；或者，提出了一种用于多用户雾计算系统的能源效率优化问题，目的是在执行延迟约束的情况下将能耗降至最低；或者，提出了一种随机优化问题，用于通过 EC进行任务卸载，目的是在保证平均队列长度的同时将能耗降至最低。

尽管已有上述研究，但基于边缘计算服务的安防机器人节能优化问题还是值得研究的。因为安防机器人系统中，不同的安防机器人分布相对比较集中，密集的设备同时产生的能量是一个不可忽略的数据。另外，安防机器人系统中传感器种类繁多，不同的传感器需要进行处理的计算任务总量不相同，不同设备自己本身携带的计算资源效率也不相同。部分传感器的发送功率的限制存在很大的差异，如电子智能监控。不同设备需要处理的计算任务对于时间延迟的敏感程度都存在很大的差异。因此，从提高能源效率的角度来看，如何通过频分多址(TDMA)传输将不同任务的工作负载正确、高效地卸载到边缘计算服务器是一个至关重要的问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于边缘计算的安防机器人系统节能方法，本发明基于线性搜索算法解决非凸优化问题，得到安防机器人可以获得其最小的能量消耗时最佳传输持续时间和总能量最小开销，然后通过TDMA传输将不同任务的工作负载正确、高效地卸载到边缘计算服务器，大大的提高了安防机器人系统的效率。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种基于边缘计算的安防机器人系统节能方法，其特征在于，包括：步骤1.获取安防机器人将任务卸载到边缘服务器的最小总传输功率：其中，参数W表示信道带宽，S_m表示第m 个设备卸载到边缘服务器的卸载的计算任务量，参数n₀表示背景噪声的功率密度，g_k表示从用户到边缘服务器k的信道功率增益；步骤2.在给定t下，求解底层问题(P1-Sub)模型，该模型是关于严格凸函数：(P1-Sub)：其中：变量：步骤3.求解顶层问题(P1-top)模型：Min V(t)，其中：变量为t，V(t)是安防机器人总体能量开销；步骤4.根据线性搜索算法获取安防机器人最小的能量消耗时最佳传输持续时间t^*和总能量最小开销V(t^*)。