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专利号: 2025102027384
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:授权未缴费
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种实现安全移动边缘计算的通感一体化波形和无人机轨迹设计方法,其特征在于,包括:S1:构建通信系统模型:

设置无人机S作为边缘服务器基站,同时初始化S的飞行轨迹,使其服务于地面存在的K个用户;无人机采取一种用户调度策略,同时考虑存在一个潜在窃听者E,为了保证信息传输的安全性,无人机S发射雷达波对E进行干扰,实现安全移动边缘计算;

S2:构建优化数学模型:

以地面用户能量消耗最小化为目标,构造以用户卸载比例、用户调度、通感一体化波形和无人机飞行轨迹为约束的优化数学模型;

S3:针对所述优化数学模型,基于BCD方法解耦合成只关于用户卸载比例、用户调度、通感一体化波形以及无人机飞行轨迹的子问题,并针对每个非凸子问题,采用凸近似的拟合方式转换为凸问题求解;其中,在求解关于通感一体化波形的非凸问题时,采用舍弃秩一约束的半正定松弛法(SDR)将非凸问题转化为凸问题,然后利用凸优化求解工具CVX进行求解,最后将得到的解通过高斯随机化得到满足秩一约束的解;

S4:利用迭代算法求解用户调度、卸载比例、通感一体化波形以及无人机飞行轨迹。

2.根据权利要求1所述的实现安全移动边缘计算的通感一体化波形和无人机轨迹设计方法,其特征在于,所述优化数学模型为:C13:ΕUAV≤Εmax

式中 表示优化变量的集合,其中αk[n]是用户k在n时

隙的卸载比例、θk[n]是无人机的用户调度情况、w[n]是通感一体化波形、qs[n]是无人机轨迹,Εk是用户k的能耗, 表示无人机的起点位置和终点位置,δt定义了无人机每个飞行时隙的长度,Vmax定义了任意时刻内无人机的最大飞行速度,T表示无人机的总飞行时间,分别表示了用户k在本地计算剩余数据的时间、用户k进行数据卸载的时间以及无人机服务器计算用户k卸载的数据的时间,γsk、γek分别是无人机接受用户k的信干噪比和窃听者接受用户k的信干噪比,Γs、Γe、Γsen分别定义了无人机通信性能门限、2

窃听门限和雷达波束图增益门限,P[n]表示雷达的波束图增益,de[n]定义的是无人机到窃听者在n时隙的距离的平方,Pmax、ΕUAV、Εmax分别定义了无人机最大的发送功率、无人机总的能耗和无人机最大能量;

其中C1~C4用户调度和卸载比例的约束,C5~C6限制了无人机飞行的始末位置和最大飞行距离,C7~C8是计算数据和卸载数据时间的约束,C9~C10是无人机和窃听者的信噪比约束,是安全传输的要求;C11~C12是通感一体化波形的约束,要求雷达信号对窃听者起到干扰效果,但功率不能超过最大值;C13是无人机的能耗约束,限制了无人机飞行、计算和发射雷达信号的总能耗。

3.根据权利要求2所述的实现安全移动边缘计算的通感一体化波形和无人机轨迹设计方法,其特征在于,将所述数学模型进行解耦合操作,得到子问题 如下所示:

其中, 表示用户计算没有卸载部分的数据的能耗, 表示用户进行卸载时的能耗;该问题是一个标准凸优化问题,可以用内点法求解;

其中, 表示用户进行本地计算时的能耗;该问题是一个标准凸优化问题,可以用内点法求解;

其中,Tr表示求矩阵迹的操作,表示求期望操作; 表示通感一体

化波束矩阵;

C7:ΕUAV≤Εmax。

4.根据权利要求3所述的实现安全移动边缘计算的通感一体化波形和无人机轨迹设计方法,其特征在于,针对子问题 将目标函数定义为最小化窃听信噪比同时引入辅助变量ηk进行优化改进,得到以下数学模型:C4:ηk[n]≥γek[n]

C6:rank(Q[n])=1

其中,Hse[n]表示无人机到用窃听者的信道系数矩阵, 表示窃听着接收到的噪声功率,gi表示窃听者到第i个用户的信道系数;当忽略C6这个秩一约束时,整个凸优化问题是一个半定规划(SDP)问题,可以用SDR优化方法求解,然后利用高斯随机化处理这个非秩一解,得到满足秩一条件的近似解。

5.根据权利要求3所述的实现安全移动边缘计算的通感一体化波形和无人机轨迹设计方法,其特征在于,针对子问题 采用以下步骤进行优化改进:通过引入以下四个满足需要的辅助变量:

其中,第四个是一个非凸约束,通过SCA进行改写,得到:

其中,v0表示UAV悬停时平均旋翼诱导速度,H是无人机的飞行高度,qk、qe分别定义为用户的坐标位置和窃听者的坐标位置, 表示合适的第m个时隙时无人机的位置,v1[n]和v2[n]表示引入的两个辅助变量;

通过连续凸逼近(SCA)方法进行改写得到:

其中, 表示 对 求偏导;

针对其他非凸约束,采取同样的方法得到:

其中, 定义了无人机接受信号的噪声功率,pk是用户发送功率,β0表示为参考距离为1米时的信道增益,Dk定义了用户的数据总量,B表示信道带宽,τk[n]是引入的辅助变量,定义的是引入辅助变量后的无人机推进功率,P0和Pi分别为UAV悬停状态下叶型功率和诱导功率,Utip表示转子叶片的叶尖速度;d0、ρ、s和A分别为机身阻力比、空气密度、旋翼坚固度和转子盘面积;X[n]、Xk1[n]、Xk3[n]是新引入的松弛变量,需要满足:基于上述变形,可以得到一个新的优化问题,表述为:

其中, 表示优化变量,ck[n]、γ0、Xk[n]

是引入的辅助变量;问题 是一个标准的凸优化问题,利用凸优化求解工具CVX进行求解。

6.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5任一项所述的实现安全移动边缘计算的通感一体化波形和无人机轨迹设计方法的步骤。

7.实现安全移动边缘计算的通感一体化波形和无人机轨迹的单元,其特征在于,包括:初始化模块,设置无人机S作为边缘服务器基站,同时初始化S的飞行轨迹,使其服务于地面存在的K个用户,为了更好得减少用户的能耗,无人机采取一种用户调度策略,同时考虑存在一个潜在窃听者E,为了保证信息传输的安全性,无人机发射雷达波对E进行干扰,实现安全移动边缘计算;

数学模型模块,以地面用户能量消耗最小化为目标,构造以用户调度,用户卸载比例,通感一体化波形和无人机飞行轨迹为约束的优化数学模型;

数学模型解耦合模块,用于将数学模型基于BCD方法解耦合成只关于卸载比例,用户调度,通感一体化波形和无人机飞行轨迹的子问题,针对每个非凸子问题,采用凸近似的拟合方式转换为凸问题求解;

子问题求解模块,用于利用迭代算法求解卸载比例,用户调度,通感一体化波形和无人机飞行轨迹。