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申请/专利权人：南京邮电大学

摘要：本发明公开了一种无人机位置与资源分配联合优化方法和装置，在用户设备任务数据量、通信和计算因果性等约束下，建立了用户代价函数最小化问题，该问题对用户设备发射功率、本地计算频率、数据上传时间和无人机位置进行优化。所提出的方法首先采用Kmeans++算法对无人机位置优化，然后将资源分配问题分解为用户发射功率和本地计算频率优化子问题以及数据上传时间优化子问题。采用逐次凸逼近算法对用户发射功率和本地计算频率子问题进行求解，通过推导获得数据上传时间表达式，最终得到合适的用户发射功率、本地计算频率、数据上传时间和无人机位置，本发明通过合理的安排资源和无人机飞行的位置，降低用户设备完成任务的代价。

主权项：1.一种无人机位置与资源分配联合优化方法，其特征在于，包括：S1、检测用户位置；S2、基于用户位置和预设的无人机悬停时隙数对用户进行分簇，并根据分簇结果确定无人机位置；S3、根据无人机位置初始化用户数据上传时间，获取上传时间初始值；S4、基于无人机位置和上传时间确定用户发射功率和本地计算频率；S5、根据无人机位置、用户发射功率和本地计算频率重新计算用户数据上传时间；S6、重复执行步骤S4和S5，直至用户设备代价函数值变化小于所规定阈值；S7、根据S3-S6步骤所得到的用户发射功率、本地计算频率和用户数据上传时间为用户分配资源，使得用户使用所分配资源卸载任务，并且无人机在S2步骤得到的无人机位置上移动并为用户提供计算服务；所述步骤S3中，根据无人机位置初始化用户数据上传时间，获取上传时间初始值，包括：用户m与无人机通信的无人机悬停时隙号为Sm，初始化用户数据上传时间为悬停时隙长度的一半，得到上传时间初始值；其中，悬停时隙长度采用以下公式计算: 其中，为第n个悬停时隙长度，为总悬停时隙长度；其中，为第n个飞行时隙长度，公式为：其中，v为无人机飞行时采用的速度，LUAVn为无人机在悬停时隙n的位置；所述步骤S4中，基于无人机位置和上传时间确定用户发射功率和本地计算频率，包括：S4.1、计算用户设备m在悬停时隙n与无人机之间的距离为其中，Lm为整个飞行周期用户设备m的位置；得到用户设备n在悬停时隙n与无人机之间的信道增益为： 其中ξ0为用户和无人机距离为1时的参考信道增益，θ为路径损耗因子；计算在悬停时隙n与无人机通信的用户设备总数为在悬停时隙n与无人机通信的用户设备可用带宽为得到用户设备m在第n个悬停时隙的信息传输速率为： 其中N0为信道加性高斯白噪声的功率谱密度，Pmn为用户设备m在悬停时隙n的发射功率；S4.2、当无人机处于悬停状态时，位于无人机通信范围内的用户设备同时进行本地计算和数据上传，无人机的计算能力为F，无人机在悬停时隙将无人机得计算资源平均分配给覆盖范围内得所有用户；当无人机处于飞行状态，或者用户设备不处于无人机通信范围内时，用户设备只能进行本地计算；用户设备m在第n个悬停时隙的本地计算频率为在第n个飞行时隙的本地计算频率为因此，用户设备m在第n个悬停时隙计算的数据量为其中，Dm表示用户设备m任务的计算强度；在第n个飞行时隙计算的数据量为用户设备m在第n个悬停时隙的本地计算能耗为在第n个飞行时隙的本地计算能耗为其中βloc有效电容系数；S4.3、计算用户设备m在悬停时隙n的条件互信息为： 其中，smn表示用户设备m在悬停时隙n传输数据所使用波形；φmn表示用户设备m在悬停时隙n和感知目标之间的信道的脉冲响应；zmn表示用户设备m在悬停时隙n接收到的反射回波信号；Ts表示一个OFDM符号的持续时间，Qmn表示用户设备m在悬停时隙n与感知目标之间信道的脉冲响应的傅里叶变换；S4.4、计算所有用户设备在所有时隙的总能耗为： 其中，为用户设备m在第n个悬停时隙消耗的能量，表示用户设备m传输数据的时间长度；用户设备在所有时隙的总条件互信息为： S4.5、初始化逐次凸逼近法的停止条件，泰勒展开点S4.6、根据已确定的无人机位置和上传时间初始值，建立用户代价最小化问题P1，具体表达如下： 其中，为用户设备集合，表示为为悬停时隙索引集合，表示为为飞行时隙索引集合表示为S4.7、将问题P1的约束C2不等式左侧函数进行一阶泰勒展开得到优化问题P2，具体表示为： 其中 S4.8、使用CVX工具箱解决问题P2，并更新泰勒展开点为问题P2的解；S4.9、循环步骤S4.7-S4.8直至问题P2的目标函数值满足逐次凸逼近法停止条件；S4.10、循环结束后将问题P2的解作为用户发射功率和本地计算频率；所述步骤S5中，根据无人机位置、用户发射功率和本地计算频率重新计算用户数据上传时间，包括：S5.1、根据已确定的无人机位置、用户发射功率和本地计算频率建立优化问题P3，具体表示如下： 当n＝Sm时，令f对求偏导可得： 当时，f对于单调递增，此时最优值为当时，目标函数对于单调递减，此时最优值为S5.2、将问题P3的解作为用户数据上传时间；所述步骤S6中，计算用户设备代价函数值的公式为：cost＝Etotal-υMIsum，其中，用户设备的代价函数值cost定义为用户设备总能耗与总条件MI的加权差。

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