[发明专利]一种异构蜂窝网络中无人机流量卸载契约机制设计方法

权利要求书

1.一种异构蜂窝网络中无人机流量卸载契约机制设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将基于市场驱动的契约模型应用到无人机流量卸载任务中，建立非对称信息下的基站模型和无人机模型；

步骤2，考虑到无人机的自私性，无人机可能不愿意在没有额外奖励的情况下参与多个流量卸载任务，通过提出多维契约激励方法，来激励无人机参与多个流量卸载任务；

步骤3，针对流量卸载任务之间相互不影响，在契约设计过程中分析任务独立性问题，建立随机参数独立模型，任务独立模型；

步骤4，通过评估无人机的表现，基站将奖励并激励他们参与流量卸载任务并更加努力工作，从而达到无人机和基站效用最大化的目的；

所述的基站模型设计采用的方法是：无人机完成流量卸载任务后，基站将评估无人机的表现付给其报酬，由于无人机参与流量卸载任务实际完成度与基站评估结果存在偏差，为了反映无人机参与流量卸载任务实际完成度与基站评估结果的一致性，引入随机参数矩阵ψ为对称矩阵，n表示n个流量卸载任务，主对角线为方差，表示无人机流量卸载任务实际完成度与基站评估结果存在差异，1≤i≤n；非对角线元素表示任务i的完成会对基站评估任务j产生影响，1≤i≤n，1≤j≤n；如果方差较大，则表示无人机流量卸载任务实际完成度与基站评估结果相差较大；相反，如果无人机流量卸载任务完成度与基站评估结果一致，则方差将很小甚至为0；无人机参与的两个流量卸载任务之间存在协方差，是因为一个任务的完成会对基站评估另一个任务产生影响；

当无人机参与流量卸载任务时，基站根据无人机任务完成度e＝(e₁,e₂,...,e_n)^T向无人机支付报酬R(α,e,β,ψ)，e_i表示任务i的完成度，1≤i≤n，其中α是无人机的基本工资，β＝(β₁,β₂,...,β_n)^T是与无人机绩效相关的奖金系数，β_i表示无人机完成任务i的奖金系数，1≤i≤n，无人机完成流量卸载任务使基站获得收益P(α,e,β,ψ)，基站获得效用为：

U_BS(α,e,β)＝P(α,e,β,ψ)-R(α,e,β,ψ)

所述的无人机模型设计采用的方法是：无人机参与流量卸载任会消耗各种资源，包括数据处理及传输成本、飞行消耗、以及流量卸载能耗，因为无人机参与的流量卸载任务成本不一样，无人机完成每一项任务付出成本也不一样，考虑到流量卸载任务之间可能存在相互影响，将无人机完成任务的单位成本定义为矩阵的主对角元素表示流量卸载任务i本身的成本，1≤i≤n，矩阵其他非对角线元素表示流量卸载任务成本i会对流量卸载任务j产生影响，1≤i≤n，1≤j≤n；无人机参与某个流量卸载任务将会增加另一个流量卸载任务成本，因此，可以得到无人机参与流量卸载任务的成本为无人机完成卸载流量任务后，将会从基站处获得一个报酬R(α,e,β,ψ)，无人机参与流量卸载任务得到的效用可定义为：

所述的多维契约激励方法包括：由于基站与无人机的自私性，基站与无人机都试图使自身的效用最大化，因此为了使基站雇佣的无人机有意愿接受这份契约，基站需要确保无人机所获得的期望效用是积极的，即大于等于零，即协作契约需满足个人理性IR约束；

虽然基站已经与无人机签订了契约，但由于信息不对称，基站仍无法获取无人机流量卸载任务完成度，因此契约应该确保无人机流量卸载任务完成度最高e^*使无人机获得最大效用，激励相容IC约束由下式给出：

(IC)

为使基站的期望效用最大化，最优契约设计问题可以写成下式：

s.t.(IR)

(IC)

其中，IR约束确保无人机获得积极的期望效用，IC约束确保无人机获得的期望效用最大化；

所述的随机参数独立模型设计采用的方法是：当无人机参与流量卸载任务时，任意两个任务之间随机参数的协方差为零，即其中一个流量卸载任务基站评估结果不影响另一个流量卸载任务基站评估结果，流量卸载任务完成后基站评估结果是随机独立的，因此，将随机参数矩阵ψ映照为一个对角矩阵来进行求解，因此，最大化问题可以表示为：

s.t.(IR)

(IC)

其中，IR约束确保无人机获得积极的期望效用，IC约束确保无人机获得的期望效用最大化；

所述的任务独立模型设计采用的方法是：无人机参与流量卸载任务时，任意两个任务成本之间的协方差为零，即无人机完成其中一个流量卸载任务不影响另一个任务完成付出的成本，因此，将完成任务的单位成本矩阵映照为一个对角矩阵来进行求解，因此，最大化问题可表示为：

s.t.(IR)

(IC)

其中，IR约束确保无人机获得积极的期望效用，IC约束确保无人机获得的期望效用最大化；

步骤4中，基站奖励并激励无人机的措施是：基站是雇主发布任务，无人机是雇员完成基站发布的流量卸载任务并获得回报，在基于契约理论的无人机激励机制中，基站作为主动缔约方，向雇员提供一系列契约条款组成的激励契约，契约条款应包括最优基本工资α^*和最优奖金系数β^*，无人机将决定是否接受契约并告知基站，在接受契约后，无人机需付出其规定的努力并通知基站契约结果，最后基站将从无人机接受结果，并且基站基于所接收的信息决定是否支付报酬给无人机。