无人机任务卸载与充电协同优化

摘要

在野外恶劣环境应用中，可以使用具有灵活性和便捷性的无人机（UAV），通过无线数据传输辅助携带用户任务到边缘服务器。然而，UAV飞行平台难以提供长时间的任务卸载服务，大大限制了其应用前景。本文研究了在移动边缘计算环境中，如何有效整合UAV的任务卸载和充电调度。首先，构建了一个新的应用模型，该模型协同处理UAV的任务卸载调度和自身充电需求，并在UAV辅助任务卸载应用场景中加入了若干个无线充电平台。其次，考虑了用户任务的价值和UAV的充电需求，以在时延敏感和能量约束的条件下优化UAV辅助用户设备进行任务卸载的收益。最后，采用深度强化学习算法，对深度Q网络（DQN）进行调优后形成Fixed DQN算法，以有效处理模型中的大规模状态动作搜索空间问题。本文以UAV仅作为任务载体并考虑其自主充电需求为前提，通过在一个半径为3 000 m、含有11个节点的区域验证Fixed DQN算法的可行性；并在不同用户节点数量、充电节点数量及服务时间条件下，通过与蚁群算法、遗传算法和DQN算法的对比实验评估其性能。实验结果表明：本文提出的Fixed DQN算法在所有测试条件下均显著优于蚁群算法、遗传算法和DQN算法，特别是在节点数量增加和服务时间延长的情景中；此外，Fixed DQN算法相对于DQN算法的性能提升突显了深度强化学习在参数调优方面的有效性。研究结果证实了Fixed DQN算法在解决UAV任务卸载和充电调度问题中的高效性和调参策略的重要性。

关键词

边缘计算 / 无人机 / 任务卸载 / 强化学习 / 充电调度