非线性能量收集无线供电MEC中卸载和能量联合优化算法制造技术

本发明专利技术涉及一种非线性能量收集模型下无线供电移动边缘计算(MEC)中卸载和能量联合优化算法。为解决物联网设备计算能力和能量寿命有限的问题，本发明专利技术考虑具有多天线能量发射器(ET)，MEC服务器和无线设备(WD)的无线供电MEC系统。ET通过能量波束将能量传输到WD，WD收集能量供其本地计算或部分计算任务卸载到MEC服务器。本发明专利技术考虑一种实际的非线性能量收集(EH)模型。在此条件下，为充分利用能量资源和计算资源以提高系统计算能力，我们提出了最大化系统加权总计算速率的优化问题。由于非线性EH模型的非凸性，我们利用连续凸逼近法近似处理优化问题，并提出了一种迭代的计算卸载和能量联合优化算法。

【技术实现步骤摘要】
非线性能量收集无线供电MEC中卸载和能量联合优化算法
本专利技术涉及无线供电移动边缘计算(MEC)服务的物联网领域，特别是涉及到非线性能量收集无线供电MEC中卸载和能量联合优化算法。
技术介绍
越来越多的小型廉价设备正以前所未有的速度连接到网络，实现了物联网(IoT)的构想，应用在了包括智能家居，交通运输，医疗保健，工业自动化和紧急响应等各个领域。配备有传感器的物联网设备产生的大数据，往往超出了设备中常用的硬件环境和软件工具的计算能力，无法在可接受的时间段内对计算数据进行处理。此外，大部分的物联网设备由电池供电，可能位于偏远地区，可能无法更换电池或经济上不可行。因此计算能力低和能量相关的设备电池寿命有限成为限制物联网应用的瓶颈挑战。无线供电的移动边缘计算(WP-MEC)受到了广泛关注，其综合了无线能量传输(WPT)和移动边缘计算(MEC)两项技术，可克服物联网中的瓶颈挑战。一方面，MEC将云服务移至设备附近，为设备提供低延迟的云计算服务，解决物联网设备计算能力低的挑战。另一方面，WPT技术通过传输射频信号为物联网设备提供持续稳定的空中能本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.非线性能量收集无线供电MEC中卸载和能量联合优化算法，具体步骤如下，其特征在于:/n1)针对具有多天线能量发射器ET，MEC服务器和多个无线设备WD的无线供电MEC系统，以提高系统计算能力为目标，考虑实际的非线性能量收集模型，建立卸载和能量联合优化的优化问题。/n2)利用一阶导数近似法，变量消除和变量替换的数学方法将原始问题转化为凸优化问题。/n3)基于连续凸逼近法，提出一种迭代的卸载和能量联合优化算法。/n

【技术特征摘要】
1.非线性能量收集无线供电MEC中卸载和能量联合优化算法，具体步骤如下，其特征在于:
1)针对具有多天线能量发射器ET，MEC服务器和多个无线设备WD的无线供电MEC系统，以提高系统计算能力为目标，考虑实际的非线性能量收集模型，建立卸载和能量联合优化的优化问题。
2)利用一阶导数近似法，变量消除和变量替换的数学方法将原始问题转化为凸优化问题。
3)基于连续凸逼近法，提出一种迭代的卸载和能量联合优化算法。


2.根据权利要求1所述的非线性能量收集无线供电MEC中卸载和能量联合优化算法，其特征在于：所述步骤1)针对具有多天线能量发射器ET，MEC服务器和多个无线设备WD的无线供电MEC系统，以提高系统计算能力为目标，考虑实际的非线性能量收集模型，建立卸载和能量联合优化的优化问题:
ET连接到稳定的电源，多天线ET通过能量波束成形将K个尖锐无线电波束指向K个WD，并传输无线能量为WD充电，Pk为相应波束的传输功率，采用与实际能量收集电路相匹配的非线性能量收集EH模型表示ET能量传输和WD能量收集的关系，每个WD都有一个能量收集电路，第k个WD收集的能量为



其中exp表示数学中以自然常数为底的指数函数，T表示时间，hk表示从ET到第k个WD的下行链路信道增益，hkPk是其接收到的射频信号功率，在非线性EH模型中，M是一个常数，表示EH电路饱和时的最大收集功率，a表示相对于输入功率的非线性能量收集效率，b表示EH电路的最小工作功率，事实上，a和b是与具体的EH电路规格相关的常数，c＝M/(1+exp(ab))和d＝1-1/(1+exp(ab))是两个参数，
每个WD运行独立且细粒度的计算任务，每个WD都可以利用收集的能量进行本地计算，或将部分计算任务卸载到MEC服务器远程执行，WD的能量收集电路和计算电路单元是分开的，因此WD可以在时间T内收集能量并同时进行本地计算，其进行本地计算的能量为
Ek,l＝pk,lT，
其中pk,l表示WD用于本地计算的功率，本地计算处理的数据量为



其中Ck和ξk分别表示处理一位数据所需的计算周期数和WD进行本地计算的每个周期的功耗；
为了避免同信道干扰，从ET到WD下行链路无线能量传输和从WD到MEC上行链路计算卸载在正交频带上同时进行，多个WD的计算卸载也通过正交频分多址实现，由于MEC服务器具有更强大的计算能力以及计算结果数据量很小，因此忽略MEC服务器上的计算时间和从MEC到WD的结果下载时间，即WD可在时间T内进行计算卸载到MEC服务器，对于第k个WD，其计算卸载的能量为
Ek,o＝pk,oT，
其中pk,o表示WD用于计算卸载的发射功率，其卸载的数据量为



其中log2表示数学中以2为底的对数函数，gk，B和σ2分别表示从第k个WD到MEC服务器的信道增益，子载波带宽和MEC接收机处的...

【专利技术属性】
技术研发人员：石华，翟洪军，张玲玲，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32