1.一种基于多功能任务卸载的无人机网络SFC部署方法,其特征在于,包括以下步骤:
101、采用差分进化算法构建优化模型,设无人机数量为K,种群个体数量为M,M≤K!,变异缩放因子为ε,交叉概率为λ,最大迭代次数为G,令迭代计数变量g=0,种群个体计数变量m=0,利用k‑means算法产生第g代种群中M个个体的无人机群3D位置向量集{Dg,m|m≤M};
102、如果g≤G,转到步骤103,否则,跳转到步骤107;
103、令m=m+1,如果m≤M,根据当前无人机群位置向量Dg,m,通过无人机网络服务功能链SFC部署算法获得节点映射决策Ag,m、链路映射决策Bg,m和资源分配决策Cg,m,计算获得目标函数值Γ(Ag,m,Bg,m,Cg,m,Dg,m),跳转到步骤104,否则,转到步骤106;
104、对Dg,m进行变异和交叉操作,获得变异交叉后的无人机群位置向量 通过无人机网络SFC部署算法获得第g代第m个变异交叉个体的节点映射决策 链路映射决策和资源分配决策 计算获得目标函数值
105、如果 令
跳转到步骤103,否则,跳转到步骤103;
106、从第g代种群的M个个体{Dg,m|m≤M}中选择获得最优个体的解(Ag,Bg,Cg,Dg)=argmin{Γ(Ag,m,Bg,m,Cg,m,Dg,m)|m∈[1,M]},其中,Ag,Bg,Cg,Dg分别为第g代种群中最优的节点映射决策、链路映射决策、资源分配决策以及无人机群位置向量,令g=g+1,m=0,跳转到步骤102;
* * * *
107、从总共G代种群中选择获得最优个体的解(A ,B ,C ,D)=argmin{Γ(Ag,Bg,Cg,Dg)* * * *|g∈[1,G]},其中,A ,B ,C ,D 分别为全局最优的节点映射决策,链路映射决策,资源分配决策,以及无人机群位置向量,结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于多功能任务卸载的无人机网络SFC部署方法,其特征在于,所述步骤101中利用k‑means算法产生第g代种群中M个个体的无人机群3D位置向量集{Dg,m|m≤M}的方法具体包括:设无人机j的3D位置向量为Dg,m(j)=(xj,yj,zj),无人机群位置向量Dg,m={Dg,m(j)|j∈J},其中,(xj,yj)、zj分别表示无人机j的水平坐标和垂直坐标,J为无人机集合,种群个体计数变量m≤M,种群迭代次数g≤G,令g=0,根据地面用户的位置分布,利用k‑means算法寻找K个聚类中心,通过将K个携带不同VNF类型的无人机随机部署到K个聚类中心上,产生M个个体的无人机群3D位置向量集{Dg,m|m≤M},其中,种群个体数量M≤K!。
3.根据权利要求1所述的一种基于多功能任务卸载的无人机网络SFC部署方法,其特征在于,所述步骤103和步骤104中无人机网络SFC部署算法包括以下步骤:max
1)建立临时集合I′=I,其中,I为地面用户集合,根据每个用户i任务容忍时延Ti 的值,对集合I′中的元素升序排列;
2)如果 从集合I′中取出第一个用户i,根据用户i的任务卸载请求,将用户i所需虚拟网络功能VNF依次放入集合Si,跳转到步骤3),否则,跳转到步骤9);
3)将无人机集合J中满足用户i接入条件的无人机添加到接入无人机集合 如果跳转到步骤4),否则,跳转到步骤2);
4)如果 中不存在满足SFC第一个VNF类型要求的无人机,跳转到步骤5),否则,从集合中移除所有不满足SFC第一个VNF类型要求的无人机,跳转到步骤8);
5)根据用户i与无人机j的通信距离,对集合 中的元素升序排列,取出J′中第一架无a人机j,令用户i的接入无人机j=j;
a
6)根据接入无人机j 和无人机网络状态,构建用户i所需SFC的映射决策{Ai,Bi},如果成功,跳转到步骤7),否则,跳转到步骤2);
7)根据映射决策{Ai,Bi}和无人机网络状态,构建用户i所需SFC的资源分配决策{Ci},跳转到步骤2);
8)根据集合 中每架无人机j的可用计算资源cj的值,对集合 中的元素降序排列,根据用户i与无人机j的通信距离,对其中具有相同cj值的元素升序排列,取出 中第一架无a人机j,令用户i的接入无人机j=j,跳转到步骤6);
9)对集合J中可用计算资源cj>0的每架无人机j,轮流为无人机j上每个VNF实例增配最小单位计算资源并更新资源分配决策{Ci},直到cj=0;
10)输出SFC部署决策{A,B,C}={Ai,Bi,Ci|i∈I},算法结束。
4.根据权利要求3所述的一种基于多功能任务卸载的无人机网络SFC部署方法,其特征在于,所述步骤6)中构建用户i所需SFC的映射决策{Ai,Bi}的方法如下:t a
11)初始化临时变量j=j,临时集合J′=J, 计数变量n=0,l=0;
12)令n=n+1,将J′中满足SFC第n个VNF类型要求且可用计算资源cj>c0的无人机加入集合J″,其中,c0表示VNF实例化所需基础计算资源,更新集合J″中每架无人机的节点映射代价τj;
13)如果 根据τj的值,将集合J″中的元素升序排列,取出J″中第一架无人机j作t为第n个VNF映射节点加入节点映射决策Ai,将无人机j到无人机j之间的最小代价通路t作为第l条虚链路加入链路映射决策Bi,令j=j,从集合J′中移除j,跳转到步骤14),否则,跳转到步骤15);
14)如果n<|Si|,令l=l+1, 跳转到步骤12),否则,输出用户i的映射决策{Ai,Bi},跳转到步骤15);
15)算法结束。
5.根据权利要求4所述的一种基于多功能任务卸载的无人机网络SFC部署方法,其特征在于,所述步骤12)中无人机的节点映射代价τj的计算方法如公式(1)所示:公式(1)中,0≤α≤1, 表示无人机j的归一化可用计算资源,如公式(2)所示, 表示通路 的归一化距离,如公式(3)所示。
6.根据权利要求3所述的一种基于多功能任务卸载的无人机网络SFC部署方法,其特征在于,所述步骤7)中构建用户i所需SFC的资源分配决策{Ci}的方法包括以下步骤:
21)根据节点映射决策Ai,将映射节点加入临时集合J′,并为J′中每架无人机分配VNF实例化所需基础计算资源c0,令cj=cj‑c0根据链路映射决策Bi,将虚链路所需带宽bi加入资源分配决策Ci,并获得用户i卸载路径的传输总时延 其中, 为任务数据通过卸载路径上每条物理链路的传输时延累和,令计数变量n=0;
22)令临时集合J″=J′,对集合J′中的每架无人机j,根据用户i提出的任务卸载请求,计算无人机j需为用户i分配的任务计算资源 并加入资源分配决策Ci,令max
23)如果任务计算时延 其中,Ti 为用户i的任务容忍时延,跳转到步骤24),否则,输出资源分配决策Ci,跳转到步骤25);
24)将cj=0的无人机从集合J″中移除,如果 根据cj的值,对集合J″中的元素降序排序,对J″中的第一架无人机j,为用户i的VNF实例增配一个单位计算资源c1并更新资源分配决策Ci,令cj=cj‑c1,跳转到步骤23),否则,跳转到步骤25);
25)算法结束。
7.根据权利要求6所述的一种基于多功能任务卸载的无人机网络SFC部署方法,其特征在于,所述步骤22)中计算无人机j需为用户i分配的任务计算资源 的方法,如公式(4)所示:公式(4)中,ui表示用户i的任务数据量,wi表示用户i的任务复杂度。
8.根据权利要求6所述的一种基于多功能任务卸载的无人机网络SFC部署方法,其特征在于,所述步骤23)中任务计算时延 的计算方法,如公式(5)所示:
9.根据权利要求3所述的一种基于多功能任务卸载的无人机网络SFC部署方法,其特征在于,所述步骤103、步骤104、步骤105、步骤106和步骤107中目标函数的定义,如公式(6)所示:公式(6)中,(A,B ,C ,D)的表现形式为(Ag,m ,Bg,m ,Cg ,m ,Dg ,m)或或(Ag,Bg,Cg,Dg)或(A*,B*,C*,D*),其中,0≤β≤1,ψ表示系统任务完成率,表示归一化系统单位任务时延。
10.根据权利要求1所述的一种基于多功能任务卸载的无人机网络SFC部署方法,其特征在于,所述步骤104中对无人机群位置向量Dg,m进行变异和交叉操作的方法如下:
1)变异操作:根据公式(7),通过对个体Dg,m中无人机j的位置向量Dg,m(j)进行变异处理,得到变异位置向量 从而获得变异个体公式(7)中,ξ1,ξ2,ξ3是[1,M]范围内随机产生的整数,其中,ξ1≠ξ2≠ξ3≠m;
2)交叉操作:根据公式(8),通过对个体Dg,m中无人机j的位置向量Dg,m(j)进行交叉处理,得到交叉位置向量 从而获得交叉个体公式(8)中,rand(0,1)是(0,1)范围内产生的随机数。