Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) are poised to play a central role in revolutionizing future services offered by the envisioned smart cities, thanks to their agility, flexibility, and cost-efficiency. UAVs are being widely deployed in different verticals including surveillance, search and rescue missions, delivery of items, and as an infrastructure for aerial communications in future wireless networks. UAVs can be used to survey target locations, collect raw data from the ground (i.e., video streams), generate computing task(s) and offload it to the available servers for processing. In this work, we formulate a multi-objective optimization framework for both the network resource allocation and the UAV trajectory planning problem using Mixed Integer Linear Programming (MILP) optimization model. In consideration of the different stake holders that may exist in a Cloud-Fog environment, we minimize the sum of a weighted objective function, which allows network operators to tune the weights to emphasize/de-emphasize different cost functions such as the end-to-end network power consumption (EENPC), processing power consumption (PPC), UAVs total flight distance (UAVTFD), and UAVs total power consumption (UAVTPC). Our optimization models and results enable the optimum offloading decisions to be made under different constraints relating to EENPC, PPC, UAVTFD and UAVTPC which we explore in detail. For example, when the UAVs propulsion efficiency (UPE) is at its worst (10% considered), offloading via the macro base station is the best choice and a maximum power saving of 34% can be achieved. Extensive studies on the UAVs coverage path planning (CPP) and computation offloading have been conducted, but none has tackled the issue in a practical Cloud-Fog architecture in which access, metro and core layers are considered in the service offloading in a distributed architecture like the Cloud-Fog.


翻译:无人驾驶航空飞行器(UAVs)准备在使设想的智能城市提供的未来服务革命化方面发挥核心作用,因为智能城市具有敏捷性、灵活性和成本效率。UAV正被广泛部署在不同的垂直地区,包括监视、搜索和救援任务、物品的运送以及未来无线网络的空中通信基础设施。无人驾驶航空飞行器可用于勘测目标地点、从地面收集原始数据(即,视频流)、生成计算任务并将其卸载到可供处理的服务器。在这项工作中,我们为网络资源分配和UAVA轨迹规划问题制定了一个多目标优化框架,使用混合的Integer线性规划(MILP)优化模式。考虑到在云雾环境中可能存在的不同股东,我们最大限度地减少了加权目标功能的总和,这使我网络操作者能够强调/减轻诸如UFOFO(EENPC)、处理电力消耗(PC)、UAVD总飞行轨迹(UAVT)的全程路程(UAVTFL),以及UAVC的离电量分析结果。

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