基于无人机的移动边缘计算系统性能优化研究

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在这个万物互联的时代,由于无人机具备部署灵活、移动性强等优势,使其成为了物联网中不可或缺的重要组成部分。而随着5G时代的到来,移动用户对网络传输速度以及稳定性的要求不断提高。在一些用户数目激增的特定区域,例如大型演唱会、体育赛事现场,传统地面基站往往不堪重负,而增加基站的铺设又会大大增加运营商的成本,产生不必要的开销。此时利用无人机搭载微型蜂窝基站飞行在区域上空去辅助地面通信基站对用户提供网络服务就可以在解决问题的基础上降低基础设施建设的费用。另外,边缘计算技术在近几年也引起了工业界和学术界科研人员的高度重视。不同于云计算的是,边缘计算是在网络边缘部署一部分计算节点,以缩短数据的传输距离,从而降低时延。但是边缘计算服务器通常固定在一些特定的节点上,这对于距离这些节点较远的用户来说,并没有起到实质性的帮助。因此利用无人机搭载边缘计算服务器飞行在特定区域上空,为地面用户提供计算卸载服务成为一种新兴方式去解决此难题。本文主要考虑在基于无人机的移动边缘计算系统中,在能量资源与通信资源受限等多重约束条件下,研究了如何提升整个系统的计算量问题。此外,还对此系统中无人机能耗的优化问题进行了分析研究。具体工作如下:1.在无人机搭载边缘计算服务器飞行在特定区域上空为地面用户提供计算卸载服务的场景下,通过对无人机的飞行轨迹,带宽资源分配,以及卸载时间与本地计算时间分配等进行联合优化,提出合理的优化算法并通过连续凸近似等技术,最大化了系统的总计算量。最后通过仿真实验结果表明,本文提出的方案与其它基准方案相比较,系统的总计算量是最大的。特别是与固定本地计算与任务卸载时间方案比较时,系统的总计算量提升近100%。2.研究了在基于无人机的移动边缘计算系统中,在无人机根据地面用户的不同Qo S需求提供计算卸载服务的同时,最大程度地降低其能量消耗的问题。并给出了在最优方案下,无人机的最优飞行轨迹以及资源的最佳分配策略等。从仿真结果中可以看出,与固定无人机飞行轨迹等基准方案相比,本文提出的优化方案对于降低无人机能耗更加有效。
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