Robust Trajectory and Offloading for Energy-Efficient UAV Edge Computing in Industrial Internet of Things

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作者
Xiao Tang,Hongrui Zhang,Ruonan Zhang,Deyun Zhou,Yan Zhang,Zhu Han
出处
期刊:IEEE Transactions on Industrial Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:20 (1): 38-49 被引量:13
标识
DOI:10.1109/tii.2023.3256375
摘要

Efficient data processing and computation are essential for the Industrial Internet of Things (IIoT) to empower various applications, which can be significantly bottlenecked by the limited energy capacity and computation capability of the IIoT nodes. In this article, we employ an unmanned aerial vehicle (UAV) as an edge server to assist IIoT data processing, while considering the practical issue of UAV jittering. Specifically, we propose a joint design on trajectory and offloading strategies to minimize energy consumption due to local and edge computation, as well as data transmission. We particularly address UAV jittering that induces Gaussian-distributed uncertainties associated with flying waypoints, resulting in probabilistic-form flying speed and data offloading constraints. We exploit the Bernstein-type inequality to reformulate the constraints in deterministic forms and decompose the energy minimization to solve for trajectory and offloading separately within an alternating optimization framework. The subproblems are then tackled with the successive convex approximation technique. Simulation results show that our proposal strictly guarantees robustness under uncertainties and effectively reduces energy consumption as compared with the baselines.
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