一种面向随机计算卸载的两层无人机能耗优化方法

文档摘要：当物联网设备(InternetofThingsDevice,IoTD)面临随机到达且复杂度高的计算任务时,因自身计算资源和能力所限,无法进行实时高效的处理.为了应对此类问题,设计了一种两层无人机辅助的移动边缘计算(MobileEdgeComputing,MEC)模型.在该模型中,考虑到IoTD处理随机计算任务时的局限性,引入多架配备MEC服务器的下层无人机和单架上层无人机进行协同处理.为了实现系统能耗最优化,提出了一种资源优化和多无人机位置部署方案,根据计算任务到达的随机性,应用李雅普诺夫优化方法将能耗最小化问题转化为一个确定性问题,应用差分进化(DifferentialEvolution,DE)算法进行多次变异、交叉和选择取得无人机的优化部署方案;采用深度确定性策略梯度(DepthDeterministicpolicyGradient,DDPG)算法对带宽分配、计算资源分配、传输功率分配和任务卸载分配进行联合优化.实验结果表明,该算法相较于对比算法系统能耗降低35％,充分验证了其可行性和有效性.

Abstract：InternetofThingsdevice(IoTD)cannotprocesstherandomlyandhighlycomplexcomputingtasksinatimelyandefficientmannerduetoinsufficientcomputingresourcesandcapabilities.Tosolvesuchproblems,atwo-layerunmannedaerialvehicle(UAV)-assistedmobileedgecomputing(MEC)model.ItgivessufficientconsiderationofthelimitationofIoTDinhandlingrandomcomputingtasks,andintroducesmultiplelow-altitudeUAVsequippedwithMECserversandasinglehigh-altitudeUAVforassistance.Tooptimizethesystemenergyconsumption,aresourceoptimizationandmulti-UAVlocationdeploymentschemeisproposed.Accordingtotherandomnessofthecalculationtask,theLyapunovoptimizationmethodisappliedtotransformtheenergyconsumptionminimizationproblemintoadeterministicproblem.Tocarryoutmultiplemutations,crossoverandselection,theDifferentialEvolution(DE)algorithmisusedtoobtaintheoptimalUAVdeploymentscheme.Besides,theDepthDeterministicPolicyGradient(DDPG)algorithmisadoptedtooptimizethebandwidthallocation,computationresourceallocation,transmissionpowerallocationandtaskoffloadallocation.Experimentalresultsshowthatcomparedwiththecomparisonalgorithm,theproposedmethodcansignificantlyreducetheenergyconsumptionby35％,whichfullyverifiesitsfeasibilityandeffectiveness.

作者：谈玲   曹博源   夏景明   刘玉风 Author：TANLing   CAOBoyuan   XIAJingming   LIUYufeng
作者单位：南京信息工程大学计算机学院、网络空间安全学院,南京210044;南京信息工程大学江苏省大气环境与装备技术协同创新中心,南京210044南京信息工程大学计算机学院、网络空间安全学院,南京210044南京信息工程大学人工智能学院,南京210044南京信息工程大学软件学院,南京210044
刊名：电讯技术 ISTICPKU
Journal：TelecommunicationEngineering
年，卷(期)：2024, 64(6)
分类号：TN929.5
关键词：无人机(UAV)  能耗优化  移动边缘计算(MEC)  随机计算卸载  
Keywords：unmannedaerialvehicle(UAV)  energysumptionoptimization  mobileedgecomputing(MEC)  stochasticcalculationoffloading  
机标分类号：TP393TN929.5TP212
在线出版日期：2024年7月15日
基金项目：国家自然科学基金一种面向随机计算卸载的两层无人机能耗优化方法[
期刊论文]  电讯技术--2024, 64(6)谈玲  曹博源  夏景明  刘玉风当物联网设备(InternetofThingsDevice,IoTD)面临随机到达且复杂度高的计算任务时,因自身计算资源和能力所限,无法进行实时高效的处理.为了应对此类问题,设计了一种两层无人机辅助的移动边缘计算(MobileEdgeComput...参考文献和引证文献
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关键词：无人机(UAV),能耗优化,移动边缘计算(MEC),随机计算卸载,

2024-10-4 02:15 上传 一种面向随机计算卸载的两层无人机能耗优化方法.pdf

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