CN111093255A - 基于uav边缘处理的电力包供能基站协同方法 - Google Patents

基于uav边缘处理的电力包供能基站协同方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111093255A
CN111093255A CN201911368726.XA CN201911368726A CN111093255A CN 111093255 A CN111093255 A CN 111093255A CN 201911368726 A CN201911368726 A CN 201911368726A CN 111093255 A CN111093255 A CN 111093255A
Authority
CN
China
Prior art keywords
base station
uav
ground
computing
power pack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911368726.XA
Other languages
English (en)
Inventor
李保罡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou Dianhai Intelligent Technology Co Ltd
Original Assignee
Suzhou Dianhai Intelligent Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou Dianhai Intelligent Technology Co Ltd filed Critical Suzhou Dianhai Intelligent Technology Co Ltd
Priority to CN201911368726.XA priority Critical patent/CN111093255A/zh
Publication of CN111093255A publication Critical patent/CN111093255A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W48/00—Access restriction; Network selection; Access point selection
    • H04W48/20—Selecting an access point
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/18502—Airborne stations
    • H04B7/18504—Aircraft used as relay or high altitude atmospheric platform
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
    • H04W84/06—Airborne or Satellite Networks

Abstract

本发明实例公开了一种基于UAV（无人机）边缘处理的能量定量供给基站的任务协同卸载方法，针对某电力包供电的地面基站覆盖的蜂窝区可能存在由于短时间涌入大量用户而使基站计算资源超载和能量资源短缺的情况，在空中部署一架附带有一定的计算能力UAV作为空中基站，以此减轻地面基站的负荷，提高用户的服务质量。考虑电力包供给基站能量数量，服务控制器分配最优基站，空中基站UAV接收任务数据并执行计算，将超载任务量转发至地面基站执行。即，在本发明实例中，UAV作为拥有边缘计算能力的空中基站接收地面用户的卸载任务并在其最大自身计算资源约束下实现与电力包供能地面基站的协同计算，最终实现提升用户服务质量与减轻地面基站负荷的均衡。

Description

基于UAV边缘处理的电力包供能基站协同方法
技术领域
本发明涉及无线通信领域，尤其涉及基于边缘处理的UAV（无人机）空中基站与电力包供能地面基站协同卸载方法。
背景技术
随着时代的发展，人们的移动数据需求爆炸性增长，给现有的移动边缘计算处理的通信基础设施带来了巨大的压力。传统的方法是通过部署小蜂窝基站来缓解宏蜂窝基站压力，但是随着小蜂窝基站部署的密度越来越大，不仅成本高昂，而且需要巨大的能量供应，使网络运营商和国家电网遭受很大的负担。于是部署无人机作为空中基站和电力包供能基站便顺时而生。
目前，现有技术中边缘计算处理的工作大多集中于蜂窝网中，用户将任务卸载邻近基站中利用其计算资源完成计算，或者利用附带有处理服务器的无人机并支持边缘计算的体系完成任务。然而，由于蜂窝网内的用户存在有大量的移动数据任务，极有可能造成地面基站处计算资源短缺、用户竞争的情况；此外，由于无人机的尺寸限制使其内的计算资源更加有限，也无法完成足量的计算任务。
因此，如何在满足用户服务质量的条件下有效解决地面基站超载问题和空中基站资源利用最有效化问题是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种资源协同方法，所述方法包括：
在位于某蜂窝区中心位置的上空部署一架UAV（无人机）作为空中基站协助计算地面用户卸载任务，以减轻地面基站超载及用户计算需求不满足的情况。利用无线网络中的中心式服务控制器来收集各个基站负载信息，使发出卸载请求的移动用户连接到最优的基站。所有地面用户采用部分卸载模式，即其任务可分割为本机计算任务和远程计算任务。对于连接到空中基站UAV的地面用户，其在本地计算的同时将其另一部分任务卸载至UAV执行计算。由于UAV的计算资源有限，当上传任务过多时，UAV将剩余任务转发至地面基站执行，执行完毕后将计算结果回传给地面用户。
此方法模型包括四个过程，即用户本地计算过程，卸载至空中基站UAV计算过程，选择式协作卸载过程及计算结果回传过程。对于选择式协作卸载过程采用一个二进制变量来描述，“1”表示UAV转发，“0”则反之。在各个过程中均需计算所消耗的时间和能量大小，各能耗加和为所优化目标，所产生的总时延不可超过任务最大完成时延。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本发明实施例所提供的空中基站UAV边缘处理的协同方法，针对地面基站短时间内涌入大量用户卸载数据产生拥塞的情况，在地面基站的上空部署无人机基站，以此可有效减轻地面基站的超载情况。首先利用中心控制器将用户分配至最优的基站进行卸载任务计算，所有用户采用部分卸载模式可节省本地能耗及计算资源的同时按时完成任务。对于连接到空中基站的用户，在本地计算的同时卸载部分任务量到空中基站，超出UAV计算能力的部分由UAV转发至地面基站处理。该技术方案合理的将空中基站辅助到地面基站的边缘计算处理中，极大程度的避免了地面基站面对大量用户计算需求时的计算资源短板问题也充分发挥了UAV空中基站的计算优势，最终提升了用户的通信卸载需求指标。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一个实施例所提供的监听方法的流程示意图。
具体实施方式
正如背景技术部分所述，提供一种解决地面基站无法满足大量用户计算任务涌入的需求为本领域人员亟待解决的问题。
有鉴于此，针对由某基站所覆盖的蜂窝短时间涌入大量用户导致超载的现象，参见图1，本发明实例提供了一中UAV空中基站协同计算方法，应用于基于蜂窝的边缘计算处理体系，所述方法包括：
步骤101：无线网络通信网中中心控制器收集各基站的负载信息，对有卸载请求的用户们分配以最优的基站。所有用户采用部分卸载模式，将其任务分割为本地计算任务和远程计算任务。对于分配至UAV空中基站的用户，在本地计算执行的同时将剩余部分任务量卸载至UAV计算。
步骤102：空中基站接收到卸载任务之后，执行计算。这时根据卸载任务量的多少可分为两种情况。引进二进制变量，当卸载任务量所需的计算资源不超于UAV的计算资源时，此时二进制变量取“0”，UAV完成卸载任务的全部计算；当卸载任务量所需的计算资源超过UAV的计算时，二进制变量取“1”UAV将无法完成的任务转发至地面基站计算。
步骤103：空中基站或者地面基站计算完成后，将计算结果回传至用户。
步骤104：对该方法过程中所消耗的能量及时延进行计算，并合理分射功率本地及UAV计算频率等计算资源和通信资源。其中，能耗包括本地计算能耗、用户卸载能耗、UAV执行能耗及转发能耗；时延包括本地计算时延、卸载时延、转发时延。值得注意的是，在此方法模型中，由于地面基站常与供电部门直接相连因此不考虑其消耗的执行能耗，再者，由于计算结果往往很小，所以忽略计算结果的回传时延和能耗；UAV的转发能耗仅在二进制变量为“1”时出现。由于本地计算与远程计算同时进行，因此两者均需满足任务的最大完成时延。
由上可知，本发明所提供的空中基站UAV协同边缘计算的方法，针对地面基站计算资源超载的情况，在地面基站的上空部署一个带有边缘计算能力的UAV作为空中基站。对于连接至空中基站的用户，其卸载部分的任务上传至UAV进行计算，若卸载任务量超过了UAV的最大计算资源则将剩余卸载任务量转发至地面基站执行。这样基于地面基站-UAV空中基站协作卸载计算的边缘处理体系方案，可有效实现在地面基站发生计算资源拥塞时仍满足用户的服务质量要求，也极大利用了具有边缘计算能力的UAV作为空中基站的计算资源。
本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (2)

1.一种基于UAV边缘计算和电力包能量供给的空地基站的协同方法，其特征在于，所述方法包括：
为减轻某地面基站覆盖的蜂窝区短时间内涌入大量用户使基站超载的现象，提出在空中部署一架UAV作为空中基站协助计算地面用户卸载任务的方法；利用无线网络中的中心式服务控制器来收集各个基站负载信息和电力包供能信息，使发出卸载请求的移动用户连接到最优的基站；所有地面用户采用部分卸载模式，即其任务可分割为本机计算任务和远程计算任务；对于连接到空中基站UAV的地面用户，其在本地计算的同时将其另一部分任务卸载至UAV执行计算；由于UAV的计算资源有限和能量受限，当上传任务过多超过UAV自身最大计算能力时，UAV将剩余任务转发至地面基站执行，执行完毕后将计算结果回传给地面用户。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括：
此方法模型包括四个过程，即依据电力包供能约束下的用户本地计算过程，卸载至空中基站UAV计算过程，选择式协作卸载过程及计算结果回传过程；对于选择式协作卸载过程采用一个二进制变量来描述，“1”表示UAV转发，“0”则反之；在各个过程中均需计算所消耗的时间和能量大小，各能耗加和为所优化目标，所产生的总时延不可超过任务最大完成时延。
CN201911368726.XA 2019-12-26 2019-12-26 基于uav边缘处理的电力包供能基站协同方法 Pending CN111093255A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911368726.XA CN111093255A (zh) 2019-12-26 2019-12-26 基于uav边缘处理的电力包供能基站协同方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911368726.XA CN111093255A (zh) 2019-12-26 2019-12-26 基于uav边缘处理的电力包供能基站协同方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111093255A true CN111093255A (zh) 2020-05-01

Family

ID=70397333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911368726.XA Pending CN111093255A (zh) 2019-12-26 2019-12-26 基于uav边缘处理的电力包供能基站协同方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111093255A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112702714A (zh) * 2020-12-28 2021-04-23 湖南大学 一种无人机协作式的车联网运算任务卸载方法
CN113709728A (zh) * 2021-08-27 2021-11-26 西北工业大学 一种基于noma及无人机辅助的两阶段移动边缘计算通信方法
CN113905347A (zh) * 2021-09-29 2022-01-07 华北电力大学 一种空地一体化电力物联网云边端协同方法
WO2022242468A1 (zh) * 2021-05-18 2022-11-24 北京航空航天大学杭州创新研究院 任务卸载方法、调度优化方法和装置、电子设备及存储介质

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130097418A1 (en) * 2011-10-17 2013-04-18 Yogesh Bhatt Methods and apparatuses to provide secure communication between an untrusted wireless access network and a trusted controlled network
US20130121159A1 (en) * 2011-11-16 2013-05-16 International Business Machines Corporation Data breakout at the edge of a mobile data network
US20140079022A1 (en) * 2012-09-14 2014-03-20 Interdigital Patent Holdings, Inc. Methods for mobility control for wi-fi offloading in wireless systems
US20150269617A1 (en) * 1999-11-22 2015-09-24 Accenture Global Services Limited Increased Visibility During Order Management in a Network-Based Supply Chain Environment
CN106900011A (zh) * 2017-02-28 2017-06-27 重庆邮电大学 一种基于mec的蜂窝基站间任务卸载方法
CN107466482A (zh) * 2017-06-07 2017-12-12 香港应用科技研究院有限公司 在蜂窝通信系统中联合确定计算卸载和内容预取的方法和系统
CN107819840A (zh) * 2017-10-31 2018-03-20 北京邮电大学 超密集网络架构中分布式移动边缘计算卸载方法
CN108146634A (zh) * 2016-12-02 2018-06-12 北京化工大学 一种基于地面站和氦气球的无人机航母
CN109155786A (zh) * 2016-06-09 2019-01-04 英特尔公司 从用户设备到网络的卸载处理
CN109302463A (zh) * 2018-09-17 2019-02-01 上海交通大学 一种面向边缘计算的自组云架构与优化方法及系统
CN109640320A (zh) * 2018-12-07 2019-04-16 南京邮电大学 一种基于混合noma的移动边缘计算系统计算任务的安全卸载方法
CN109814951A (zh) * 2019-01-22 2019-05-28 南京邮电大学 移动边缘计算网络中任务卸载及资源分配的联合优化方法
CN110429973A (zh) * 2019-08-05 2019-11-08 西北工业大学 一种无人机与地面基站协同计算卸载及优化方法

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150269617A1 (en) * 1999-11-22 2015-09-24 Accenture Global Services Limited Increased Visibility During Order Management in a Network-Based Supply Chain Environment
US20130097418A1 (en) * 2011-10-17 2013-04-18 Yogesh Bhatt Methods and apparatuses to provide secure communication between an untrusted wireless access network and a trusted controlled network
US20130121159A1 (en) * 2011-11-16 2013-05-16 International Business Machines Corporation Data breakout at the edge of a mobile data network
US20140079022A1 (en) * 2012-09-14 2014-03-20 Interdigital Patent Holdings, Inc. Methods for mobility control for wi-fi offloading in wireless systems
CN109155786A (zh) * 2016-06-09 2019-01-04 英特尔公司 从用户设备到网络的卸载处理
CN108146634A (zh) * 2016-12-02 2018-06-12 北京化工大学 一种基于地面站和氦气球的无人机航母
CN106900011A (zh) * 2017-02-28 2017-06-27 重庆邮电大学 一种基于mec的蜂窝基站间任务卸载方法
CN107466482A (zh) * 2017-06-07 2017-12-12 香港应用科技研究院有限公司 在蜂窝通信系统中联合确定计算卸载和内容预取的方法和系统
CN107819840A (zh) * 2017-10-31 2018-03-20 北京邮电大学 超密集网络架构中分布式移动边缘计算卸载方法
CN109302463A (zh) * 2018-09-17 2019-02-01 上海交通大学 一种面向边缘计算的自组云架构与优化方法及系统
CN109640320A (zh) * 2018-12-07 2019-04-16 南京邮电大学 一种基于混合noma的移动边缘计算系统计算任务的安全卸载方法
CN109814951A (zh) * 2019-01-22 2019-05-28 南京邮电大学 移动边缘计算网络中任务卸载及资源分配的联合优化方法
CN110429973A (zh) * 2019-08-05 2019-11-08 西北工业大学 一种无人机与地面基站协同计算卸载及优化方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HAMZEH KHALILI; POURIA SAYYAD KHODASHENAS; DAVID RINCON; SHUAIB: "Design Considerations for an Energy-Aware SDN-Based Architecture in 5G EPON Nodes", 《 2018 20TH INTERNATIONAL CONFERENCE ON TRANSPARENT OPTICAL NETWORKS (ICTON)》 *
LINPEI LI; XIANGMING WEN; ZHAOMING LU; QI PAN; WENPENG JING; ZHI: "Energy-Efficient UAV-Enabled MEC System: Bits Allocation Optimization and Trajectory Design", 《SENSORS》 *
YING CUI; WEN HE; CHUN NI; CHENGJUN GUO; ZHI LIU: "Energy-Efficient Resource Allocation for Cache-Assisted Mobile Edge Computing", 《2017 IEEE 42ND CONFERENCE ON LOCAL COMPUTER NETWORKS (LCN)》 *
季鹏飞: "边缘计算下的多无人机野外协同作业机制研究", 《小型微型计算机系统》 *
李保罡; 晏彬洋; 董若南; 孔凡伟: "直流电力分组传输技术研究综述与展望", 《电网技术》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112702714A (zh) * 2020-12-28 2021-04-23 湖南大学 一种无人机协作式的车联网运算任务卸载方法
WO2022242468A1 (zh) * 2021-05-18 2022-11-24 北京航空航天大学杭州创新研究院 任务卸载方法、调度优化方法和装置、电子设备及存储介质
CN113709728A (zh) * 2021-08-27 2021-11-26 西北工业大学 一种基于noma及无人机辅助的两阶段移动边缘计算通信方法
CN113905347A (zh) * 2021-09-29 2022-01-07 华北电力大学 一种空地一体化电力物联网云边端协同方法
CN113905347B (zh) * 2021-09-29 2024-04-16 华北电力大学 一种空地一体化电力物联网云边端协同方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN111093255A (zh) 基于uav边缘处理的电力包供能基站协同方法
Ren et al. Collaborative cloud and edge computing for latency minimization
CN106900011B (zh) 一种基于mec的蜂窝基站间任务卸载方法
CN110113195B (zh) 一种移动边缘计算系统中联合卸载判决和资源分配的方法
CN108964817B (zh) 一种异构网络联合计算卸载及资源分配方法
CN110545584A (zh) 一种全双工移动边缘计算通信系统的通信处理方法
CN106791887B (zh) 无线网络中视频的分布式缓存和传输优化方法
JP5761800B2 (ja) 通信システム及び管理装置
CN110519776B (zh) 一种雾计算系统中的均衡聚类和联合资源分配方法
CN110493854B (zh) 一种基于优化理论的wpt-mec网络上下行资源分配与功率控制机制
CN105959234B (zh) 安全感知的云无线接入网络下的负载均衡资源优化方法
Li et al. K-means based edge server deployment algorithm for edge computing environments
CN111263401A (zh) 一种基于移动边缘计算的多用户协作计算卸载方法
CN111935205A (zh) 雾计算网络中基于交替方向乘子法的分布式资源分配方法
Yao et al. Achieving high throughput with predictive resource allocation
CN111182569B (zh) 一种5g场景下的边缘计算卸载周期最小化方法
Zheng et al. Optimal communication-computing-caching for maximizing revenue in UAV-aided mobile edge computing
Ku et al. Sustainable vehicular edge computing using local and solar-powered roadside unit resources
CN112235387B (zh) 一种基于能量消耗最小化的多节点协作计算卸载方法
CN105592537B (zh) 一种5g中继网络节能方法及系统
Yan et al. Fairness-aware data offloading of IoT applications enabled by heterogeneous UAVs
CN104581868B (zh) 一种等数据块传输速率下利用d2d协作通信的带有公平性和节能效果的数据分发方法
Xue et al. Research on energy transmission strategy based on MEC in green communication
CN112969157B (zh) 一种无人机网络负载均衡方法
CN114531718B (zh) 不完美csi情况下noma-mec系统能耗优化方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20200501