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随着无线通信技术的快速发展,无人机以其易于部署、移动灵活、视距连接等固有优势在军事领域和民用领域得到了广泛应用,而无人机构成的移动边缘计算系统在网络边缘分担并完成计算任务也成为时下常用的方法。但由于无人机物理体积的限制,使得其计算能力和电池寿命受限,因此人们提出了利用多无人机协作进行移动卸载以减少计算任务的执行时延和无人机的能量消耗,这就需要考虑任务和无人机之间的任务分配问题。然而,目前针对多无人机协作场景下大部分的工作都集中在独立计算任务分配问题,很少有工作从任务依赖性上对多无人机协作的计算任务分配问题展开研究。此外,考虑无人机移动性对任务分配决策的影响,现有的研究大多从无人机的路径规划或无人机集群内部防碰撞角度出发,很少有学者从无人机的移动模型角度进行研究。因此本文从计算任务的两种依赖关系,基于随机游走模型分别考虑能耗效益和时延效益进行任务分配模型研究,论文的主要工作如下:
首先,针对多无人机协作执行具有顺序依赖关系的计算任务分配问题,本文基于二维随机游走模型建立无人机的移动模型。考虑动态场景下无人机之间传输速率的变化,通过优化带宽分配建立了面向顺序依赖任务能耗效益的计算任务分配模型。该模型为一个非凸的混合整数非线性规划模型,采用空间分支限界算法对其进行求解,实现了异构无人机集群能耗降低的目标。
其次,针对多无人机协作执行具有图状依赖关系的计算任务分配问题,本文基于三维随机游走模型建立无人机的移动模型。考虑异构无人机集群整体时间代价最小和计算任务分配下加速系数最大,建立了一个面向图状依赖任务时间效益的计算任务分配模型。该模型为一个二次约束二次规划模型,采用改进的遗传算法对其进行求解。
最后,本文对上述提出的两种依赖关系的任务分配模型进行仿真。对于顺序依赖任务的计算任务分配问题,结果表明了所提方案能有效地降低无人机集群的能耗。对于图状依赖任务的计算任务分配问题,实验结果表明了所提方案在求解该优化问题上具有更高的收敛速度。
首先,针对多无人机协作执行具有顺序依赖关系的计算任务分配问题,本文基于二维随机游走模型建立无人机的移动模型。考虑动态场景下无人机之间传输速率的变化,通过优化带宽分配建立了面向顺序依赖任务能耗效益的计算任务分配模型。该模型为一个非凸的混合整数非线性规划模型,采用空间分支限界算法对其进行求解,实现了异构无人机集群能耗降低的目标。
其次,针对多无人机协作执行具有图状依赖关系的计算任务分配问题,本文基于三维随机游走模型建立无人机的移动模型。考虑异构无人机集群整体时间代价最小和计算任务分配下加速系数最大,建立了一个面向图状依赖任务时间效益的计算任务分配模型。该模型为一个二次约束二次规划模型,采用改进的遗传算法对其进行求解。
最后,本文对上述提出的两种依赖关系的任务分配模型进行仿真。对于顺序依赖任务的计算任务分配问题,结果表明了所提方案能有效地降低无人机集群的能耗。对于图状依赖任务的计算任务分配问题,实验结果表明了所提方案在求解该优化问题上具有更高的收敛速度。