1.基于无人机二元卸载边缘计算的系统吞吐量最大化方法,其特征在于,包括步骤:S1、将无人机作为多个设备的边缘服务器,对每个设备采用二元计算任务卸载策略,设备为地面物联网设备;
S2、在每个设备的最大能量约束条件下,以最大化所有设备中计算吞吐量的最小值η为目标,联合优化无人机轨迹Q以及每个设备的卸载模式选择X、CPU频率F,构建原始问题模型;原始问题模型表示为:(P1):
‖q[n+1]‑q[n]‖≤Vmaxδt,n=1,...,N‑1, (6)q[1]=q[N], (7)其中,每个时间周期T离散成N个长度为δt的时隙;xk[n]∈{0,1}为K个设备中第k个设备sk的卸载指示变量,式(2)表示若设备sk在时隙n内将任务卸载到无人机,则xk[n]=1,否则xk[n]=0;Rk[n]表示时隙n从设备sk到无人机的可达速率; 表示时隙n中设备sk本地计算的比特数,fk[n]为设备sk在n时刻的CPU频率,Ck为设备sk计算1比特输入数据所需的CPU时钟数;式(3)表示每个时隙最多有一台设备将任务卸载给无人机;式(4)表示对于任意的设备,每个时隙的fk[n]均不大于其最大CPU频率 式(5)表示设备sk的能耗不超过其最大能量约束 表示设备sk的通信相关能耗,P为设备sk的发射功率,表示设备sk的计算相关能耗,κk为设备sk的任务计算的有效电容系数,取决于设备sk处理器的芯片架构;式(6)表示无人机在每一时隙的飞行速度不大于其最大飞行速度 表示无人机以固定高度H在空中飞行时随时间变化的水平坐标,无人机在时隙n及下一时隙n+1的水平坐标分别表示为q[n]、q[n+1];式(7)表示无人机应在时间范围T结束时q[N]返回其初始位置q[1];
S3、对原始问题模型进行求解,得到在每个时间周期T内的无人机路径;
步骤S3具体包括步骤:
S31、基于惩罚逐次凸逼近方法对原始问题模型进行优化;
S32、基于差分凸函数优化框架对优化后的原始问题模型进行迭代求解。
2.根据权利要求1的基于无人机二元卸载边缘计算的系统吞吐量最大化方法,其特征在于,步骤S31具体包括步骤:S311、引入一个惩罚项使得当X的值不是二元整数解时惩罚目标函数,由此将原始问题模型转化为问题:其中的λ>>1是惩罚因子;
S312、引入松弛变量 将问题(P2)改写成:
3.根据权利要求2的基于无人机二元卸载边缘计算的系统吞吐量最大化方法,其特征在于,步骤S32具体包括步骤:S321、将式(10)中的非凸项xk[n]yk[n]和‑xk[n]fk[n]用差分凸函数分别表示为多个凸项的组合;
2
S322、在给定的局部点 和 对组合中凸项(xk[n]+yk[n]) 和进行一阶泰勒近似,得到非凸项xk[n]yk[n]和‑xk[n]fk[n]的下界;
S323、对目标函数中的 项应用一阶泰勒近似,得到目标函数的下界;
S324、得到Rk[n]的下界;
S325、通过步骤S322~S324得到的下界将问题(P3)近似为具有线性目标函数和凸约束集的标准凸优化问题(P4);
S326、通过对在第r次迭代时更新的给定可行点 依次求解(P4)从而得到问题(P3)的解。
4.根据权利要求3的基于无人机二元卸载边缘计算的系统吞吐量最大化方法,其特征在于,在所述步骤S321中,非凸项xk[n]yk[n]用差分凸函数表示为:非凸项‑xk[n]fk[n]用差分凸函数表示为:
5.根据权利要求4的基于无人机二元卸载边缘计算的系统吞吐量最大化方法,其特征在于,在所述步骤S322中,非凸项xk[n]yk[n]的下界表示为:非凸项‑xk[n]fk[n]的下界表示为:
6.根据权利要求5的基于无人机二元卸载边缘计算的系统吞吐量最大化方法,其特征在于,在所述步骤S323中,目标函数的下界表示为:在所述步骤S324中,Rk[n]表示为:其中,B是以赫兹为单位的信道带宽, 是1米处的接收信噪比,α≥2是路径损耗2
指数,β0是平均信道功率在d0=1m处的增益,σ表示在无人机接收器处的噪声功率,P表示设备sk的发射功率, 表示设备sk的水平位置坐标;
Rk[n]的下界表示为:
其中
7.根据权利要求6的基于无人机二元卸载边缘计算的系统吞吐量最大化方法,其特征在于:在步骤S325中,标准凸优化问题(P4)表示为:(P4):
式(4)~(7),(8)。
8.根据权利要求7的基于无人机二元卸载边缘计算的系统吞吐量最大化方法,其特征在于,所述步骤S326具体包括步骤:
1)初始化 且设r=0;
2)给定局部点 求解凸优化问题(P4)以获得最优解
3)更新第r次迭代的局部点:
4)更新r=r+1;
5)重复步骤2)~4)直到问题(P3)的目标值收敛。