一种基于URLLC无人机边缘计算系统的计算延时优化方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115942388A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211379146.2G06F9/50(2006.01)(22)申请日2022.11.04(71)申请人广东工业大学地址510090广东省广州市越秀区东风东路729号(72)发明人张广驰吴庆捷崔苗(74)专利代理机构广州粤高专利商标代理有限公司44102专利代理师高棋(51)Int.Cl.H04W28/088(2023.01)H04W28/02(2009.01)H04W24/10(2009.01)H04W4/02(2018.01)H04W4/42(2018.01)权利要求书7页说明书15页附图3页(54)发明名称一种基于URLLC无人机边缘计算系统的计算延时优化方法(57)摘要本发明公开了一种基于URLLC无人机边缘计算系统的计算延时优化方法，包括：S1：建立三维笛卡尔坐标系，利用所述坐标系构建计算设备和无人机的通信模型；S2：确定计算模型的条件，根据计算模型的条件分别构建本地计算模型和边缘计算模型；S3：将在有限码长的情况下，最小化无人机边缘计算系统的计算时延作为优化目标；S4：利用块坐标下降法把优化目标分成三个交替循环迭代的子问题：即：给定资源分配和悬停高度h优化无人机的水平位置、给定资源分配和水平位置优化无人机的悬停高度、给定无人机的位置优化资源分配；S5：求解最小化URLLC无人机移动边缘计算系统的计算时延。本发明更加贴合实际的通信环境，能够最小化无人机移动边缘计算系统计算时延。CN115942388ACN115942388A权利要求书1/7页1.一种基于URLLC无人机边缘计算系统的计算延时优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：建立三维笛卡尔坐标系，利用所述坐标系构建计算设备和无人机的通信模型；S2：确定计算模型的条件，根据计算模型的条件分别构建本地计算模型和边缘计算模型；S3：将在有限码长的情况下，最小化无人机边缘计算系统的计算时延作为优化目标；S4：利用块坐标下降法把优化目标分成三个交替循环迭代的子问题：即：给定资源分配和悬停高度优化无人机的水平位置、给定资源分配和水平位置优化无人机的悬停高度、给定无人机的位置优化资源分配；S5：利用计算资源以及无人机的水平位置和悬停高度，求解最小化URLLC无人机移动边缘计算系统的计算时延。2.根据权利要求1所述的一种基于URLLC无人机边缘计算系统的计算延时优化方法，其特征在于，建立三维笛卡尔坐标系，利用所述坐标系构建计算设备和无人机的通信模型具体包括：构建三维笛卡尔坐标系，则分布在高度为0的水平面上的K个计算设备的平面坐标可以表示为无人机悬停位置的坐标可以表示为Q＝[qT,h]T,其中为无人机在水平方向上的二维坐标，h为无人机的悬停高度；若受环境和无人机的性能影响，无人机悬停的最低和最高高度分别为hmin和hmax，则有以下的无人机悬停高度约束条件：hmin≤h≤hmax(1)低时延的短包通信场景，设备卸载一个数据包的时间不超过信道的相干时间，所有设备的卸载传输时间都为T，并且为了避免不同设备之间存在传输干扰，设备均采用正交频分复用技术卸载数据，不同的设备将会分配到不同的正交频段，并且分配给设备k的带宽表示为Wk(Hz)，进而设备k在信道中可以传输的数据包长度为WkT；选择莱斯衰落信道模型作为信道模型，则通过对数几率回归的方法得到的能够与计算数据高度吻合的损失函数为：其中θk是与仰角的正弦值，所述仰角即无人机‑设备k信道与地面之间的夹角，而B1<0反映的是正值的逻辑中点，B2>0为逻辑增加速率，常数C1>0和C2>0需要满足C1+C2＝1；设定设备卸载任务给无人机时的传输功率为Pk，则设备k的卸载信道的接收信噪比可表示为:其中hk为信道增益，是考虑包括路径衰落和阴影衰落的信号衰减的大尺度2CN115942388A权利要求书2/7页平均信道功率增益，里面β0是在参考距离d0＝1m时的平均信道功率增益，而为无人机和设备k的距离，α是路径衰落系数，N0表示接收端的噪声功率谱密度；确定短包通信速率：设定在给定信道数据包长度为Nk＝WkT时，设备k卸载数据时无人机接收数据的误码率为∈k∈(0,1)，则在准静态平坦信道中设备k卸载任务时的短包通信速率(bits/s/Hz)为：‑1其中Q(·)是Q函数的反函数，Vk是信道离差，用于描述信道相对于具有相同容量的确定性信道的随机可变性，在单天线准静态莱斯衰落信道中可以‑2表达为Vk＝1‑(1+γk)。3.根据权利要求1所述的一种基于URLLC无人机边缘计算系统的计算延时优化方法，其特征在于，步骤S2所述的计算模型的条件包括：设定输入给各个计算设备的计算任务数据都是按位独立的，能够任意地划分成两部分，