【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线供能边缘计算领域，涉及一种无线供能边缘计算网络的任务完成时延最小化方法。
技术介绍
1、随着下一代无线网络的发展，物联网正在向智能物联网演进，计算密集型和延迟敏感型计算任务大量出现。受尺寸和价格的限制，物联网中的许多无线设备(wd)是计算资源受限和能量受限的，这使得它们难以及时处理复杂的计算任务。
2、为使计算资源受限和能量受限的无线设备能处理计算密集型和延迟敏感型的计算任务，移动边缘计算(mec)被提出并越来越多地部署，它带来了丰富的计算资源，使网络边缘能够为无线设备处理计算任务。此外，为了缓解无线设备的能量约束，延长无线设备的工作时间，采用了基于射频的无线能量传输(wpt)技术已被提出。利用无线能量传输技术，无线设备可以捕获射频信号中的能量来维持运行。结合移动边缘计算和无线能量传输技术，无线供能边缘计算网络被视为一种解决智能物联网中设备计算资源受限和能量受限问题的方式。
技术实现思路
1、为了克服已有技术的不足，本专利技术提供了一种无线供能边缘计算网络的任务完成时延最小化方法，适用在使用时分复用(tdma)的通信方式和二进制卸载模式下，根据无线设备要处理的任务量以及无线设备到网关的信道状态信息，决策出网关的供能时长以及无线设备的计算模式选择，以达到较小的无线设备最大任务完成时延。
2、本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
3、一种无线供能边缘计算网络的任务完成时延最小化方法，所述无线供能边缘计算网络包括一个单天线网关
4、步骤1，获取无线设备的任务量以及无线设备到网关的信道状态信息；
5、步骤2，构建无线设备的最大任务完成时延最小化问题；
6、步骤3，将该最小化问题分解为两个子问题，对两个子问题进行交替优化，直至无线设备的最大任务完成时延最小化问题的目标函数收敛，获得最终的优化结果；
7、步骤4，根据最终的优化结果，配置网关的供能时长，配置无线设备的计算模式选择，实现无线设备的最大任务完成时延最小化。
8、进一步，所述步骤2中，计算模式选择向量为二进制决策向量x＝[x1,x2,…,xn|xi∈{0,1}]，其中xi＝0表示第i个无线设备选择本地计算，xi＝1表示第i个无线设备选择边缘计算。
9、优选的，所述步骤2中，为完成任务的计算，无线设备会先进行t0时长的能量捕获，能量来源是同时间段网关向无线设备广播的无线射频能量，能量捕获结束后，选择本地计算的无线设备进行本地计算，选择边缘计算的设备以时分复用方式将任务卸载到网关进行边缘计算；
10、第i个无线设备本地计算的任务完成时延是：
11、
12、其中t0是无线供能时长，di是第i个无线设备的任务量大小，是处理1比特任务所需cpu圈数，fl,i是第i个无线设备的最大计算能力，k是无线设备的计算能效系数，μ是无线设备的能量捕获效率，p是网关的发射功率，hi是第i个无线设备和网关之间的信道增益；
13、第i个无线设备与网关之间的传输速率是：
14、
15、其中b是无线信道带宽，σ2是网关的噪声功率，pi是第i个无线设备的发射功率；
16、第i个无线设备卸载任务到网关的传输时延是：
17、
18、第i个无线设备选择边缘计算的任务完成时延是：
19、
20、其中fe是网关的计算能力；
21、所有无线设备的最大任务完成时延是：
22、
23、再进一步，所述步骤3中，采用一种交替优化方法获得网关的供能时长以及无线设备的计算模式选择，将无线设备的最大任务完成时延最小化问题min t(x,t0)拆分为两个子问题，分别是网关供能给定下无线设备的最大任务完成时延最小化问题min t(x)，和无线设备计算模式给定下无线设备的最大任务完成时延最小化问题min t(t0)；
24、采用二分法求解网关供能时长给定下无线设备的最大任务完成时延最小化问mint(x)，得到该网关供能时长下选择边缘计算处理任务的无线设备数量，继而得到此时无线设备对应的计算模式选择x；
25、采用黄金分割法求解无线设备计算模式选择给定下无线设备的最大任务完成时延最小化问题min t(t0)，得到该计算模式选择下网关的供能时长t0；
26、对上述两个子问题进行交替优化，直至无线设备的最大任务完成时延最小化问题的目标函数收敛，获得最终的优化结果。
27、本专利技术的有益效果主要表现在：实现较小的无线设备最大任务完成时延。
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1.一种无线供能边缘计算网络的任务完成时延最小化方法，所述无线供能边缘计算网络包括一个单天线网关和N个具有能量捕获功能的单天线无线设备，其中网关集成了射频信号发射器和边缘服务器，能给无线设备供能和提供计算服务，无线设备计算能力有限并且有一个任务需要计算，无线设备会先捕获网关发出的无线射频能量，然后消耗捕获的能量对任务进行本地计算或者以时分复用方式将任务卸载到网关进行边缘计算，其特征在于，所述任务完成时延最小化方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种无线供能边缘计算网络的任务完成时延最小化方法，其特征在于，所述步骤2中，计算模式选择向量为二进制决策向量x＝[x1,x2,…,xN|xi∈{0,1}]，其中xi＝0表示第i个无线设备选择本地计算，xi＝1表示第i个无线设备选择边缘计算。
3.如权利要求2所述的一种无线供能边缘计算网络的任务完成时延最小化方法，其特征在于，所述步骤2中，为完成任务的计算，无线设备会先进行t0时长的能量捕获，能量来源是同时间段网关向无线设备广播的无线射频能量，能量捕获结束后，选择本地计算的无线设备进行本地计算，选择边缘计算的设备
4.如权利要求1～3之一所述的一种无线供能边缘计算网络的任务完成时延最小化方法，其特征在于，所述步骤3中，采用一种交替优化方法获得网关的供能时长以及无线设备的计算模式选择，将无线设备的最大任务完成时延最小化问题min T(x,t0)拆分为两个子问题，分别是网关供能给定下无线设备的最大任务完成时延最小化问题min T(x)，和无线设备计算模式给定下无线设备的最大任务完成时延最小化问题min T(t0)；
...【技术特征摘要】
1.一种无线供能边缘计算网络的任务完成时延最小化方法，所述无线供能边缘计算网络包括一个单天线网关和n个具有能量捕获功能的单天线无线设备，其中网关集成了射频信号发射器和边缘服务器，能给无线设备供能和提供计算服务，无线设备计算能力有限并且有一个任务需要计算，无线设备会先捕获网关发出的无线射频能量，然后消耗捕获的能量对任务进行本地计算或者以时分复用方式将任务卸载到网关进行边缘计算，其特征在于，所述任务完成时延最小化方法包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的一种无线供能边缘计算网络的任务完成时延最小化方法，其特征在于，所述步骤2中，计算模式选择向量为二进制决策向量x＝[x1,x2,…,xn|xi∈{0,1}]，其中xi＝0表示第i个无线设备选择本地计算，xi＝1表示第i个无线设备选择边缘计算。
3.如权...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑可琛，叶启鹏，池凯凯，刘晓莹，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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