Lyapunov-Based Deep Deterministic Policy Gradient for Energy-Efficient Task Offloading in UAV-Assisted MEC

Lyapunov优化 计算机科学 计算卸载 移动边缘计算 能源消耗 云计算 数学优化 分布式计算 计算 最优化问题 任务(项目管理) 资源配置 边缘计算 李雅普诺夫函数 移动设备 随机优化 无线 能量最小化 缩小 强化学习 实时计算 网络拥塞 无线网络 能量(信号处理) 延迟(音频) 能源供应 梯度下降 GSM演进的增强数据速率 资源管理(计算) 高效能源利用 蜂窝网络 边缘设备
作者
Jianhua Liu,Xudong Zhang,Haitao Zhou,Xia Lei,Huiru Li,Xiaofan Wang
出处
期刊:Drones [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:9 (9): 653-653 被引量:1
标识
DOI:10.3390/drones9090653
摘要

The demand for low-latency computing from the Internet of Things (IoT) and emerging applications challenges traditional cloud computing. Mobile Edge Computing (MEC) offers a solution by deploying resources at the network edge, yet terrestrial deployments face limitations. Unmanned Aerial Vehicles (UAVs), leveraging their high mobility and flexibility, provide dynamic computation offloading for User Equipments (UEs), especially in areas with poor infrastructure or network congestion. However, UAV-assisted MEC confronts significant challenges, including time-varying wireless channels and the inherent energy constraints of UAVs. We put forward the Lyapunov-based Deep Deterministic Policy Gradient (LyDDPG), a novel computation offloading algorithm. This algorithm innovatively integrates Lyapunov optimization with the Deep Deterministic Policy Gradient (DDPG) method. Lyapunov optimization transforms the long-term, stochastic energy minimization problem into a series of tractable, per-timeslot deterministic subproblems. Subsequently, DDPG is utilized to solve these subproblems by learning a model-free policy through environmental interaction. This policy maps system states to optimal continuous offloading and resource allocation decisions, aiming to minimize the Lyapunov-derived “drift-plus-penalty” term. The simulation outcomes indicate that, compared to several baseline and leading algorithms, the proposed LyDDPG algorithm reduces the total system energy consumption by at least 16% while simultaneously maintaining low task latency and ensuring system stability.
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