一种5G边缘计算环境下无线携能终端节能效率优化方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114554511A(43)申请公布日2022.05.27(21)申请号202210188648.0(22)申请日2022.02.28(71)申请人南京邮电大学地址210023江苏省南京市栖霞区文苑路9号(72)发明人成聿伦张晶赵海涛夏文超杨龙祥朱洪波(74)专利代理机构南京正联知识产权代理有限公司32243专利代理师张玉红(51)Int.Cl.H04W16/22(2009.01)H04W28/16(2009.01)H04L41/14(2022.01)权利要求书4页说明书11页附图2页(54)发明名称一种5G边缘计算环境下无线携能终端节能效率优化方法(57)摘要本发明所述的一种5G边缘计算环境下无线携能终端节能效率优化方法，包括：一、利用斯塔克伯格博弈模型对终端节能效率优化问题和无线供电装置收益问题进行联合建模；二、利用最优性条件求解无线供电装置收益问题，将得到的最优值关系带入终端节能效率优化问题进行化简；三、针对化简后的终端节能效率优化问题，采用交替迭代分别求解子问题，得到优化结果；四、根据优化结果，设置终端发送功率、终端与小蜂窝基站连接关系、终端传输时长、无线供电装置激励价格。该方法主要解决现有技术节能效率低、复杂度高等问题，能有效提升无线携能终端的节能效率，适用于全双工5G边缘计算网络。CN114554511ACN114554511A权利要求书1/4页1.一种5G边缘计算环境下无线携能终端节能效率优化方法，其特征在于，所述方法的步骤为：步骤1、建立无线携能终端节能效率与无线供电装置收益联合优化的斯塔克伯格博弈模型，其中无线携能终端节能效率优化问题作为博弈领导者问题，无线供电装置收益优化问题作为博弈跟随者问题；步骤2、利用最优性条件对跟随者问题求解，将得到的最优值关系带入领导者问题进行化简；步骤3、针对化简后的终端节能效率优化问题，采用交替迭代和变换分别求解子问题，得到优化结果；步骤4、根据优化结果，设置无线供电装置发送功率、终端与小蜂窝基站连接关系、终端传输时长、无线供电装置激励价格。2.根据权利要求1所述的一种5G边缘计算环境下无线携能终端节能效率优化方法，其特征在于，步骤1中，无线携能终端节能效率优化问题作为博弈领导者问题，如下所示：目标函数约束条件其中xi,j表示无线携能终端i是否与小蜂窝基站j连接，ti,j表示无线携能终端i到小蜂窝基站j的传输时长，ym表示运营商支付给无线供电装置m的激励价格；I表示无线携能终端集合，Di表示无线携能终端i的计算任务数据量，J表示小蜂窝基站集合，Ci表示终端进行本地计算的单位比特能耗，M表示无线供电装置集合，Pm表示无线供电装置m的发送功率；Ri,j表示无线携能终端i到小蜂窝基站j的传输速率，展开表示为：其中B表示网络频谱带宽，hi,j表示无线携能终端i到小蜂窝基站j的信道增益，ω表示2终端的能量收集效率系数，hm,i表示无线供电装置m到无线携能终端i的信道增益，σ表示背景噪声功率，θ表示自干扰残留系数，Pj表示小蜂窝基站j的发送功率；Rj表示小蜂窝基站j到宏基站的传输速率，展开表示为：2CN114554511A权利要求书2/4页其中hj表示小蜂窝基站j到宏基站的信道增益，δ表示邻基站干扰；无线供电装置收益优化问题作为博弈跟随者问题，如下所示：目标函数约束条件其中a表示无线供电装置的用电代价系数，Pmax表示无线供电装置的发送功率上界。3.根据权利要求2所述的一种5G边缘计算环境下无线携能终端节能效率优化方法，其特征在于，步骤2中的具体步骤为：步骤2‑1、将问题(2)的拉格朗日函数表示为其中β1和β2分别表示约束条件(2‑A)下界和上界对应的拉格朗日乘子；步骤2‑2、根据步骤2‑1的拉格朗日函数，利用根据库恩塔克条件求解，得到最优值关系ym＝2aPm；步骤2‑3、将ym＝2aPm带入问题(1)，消去变量ym，得到化简后的博弈领导者问题如下：目标函数约束条件4.根据权利要求3所述的一种5G边缘计算环境下无线携能终端节能效率优化方法，其特征在于，步骤3具体步骤为：步骤3‑1、利用交替迭代，针对问题(3)，给定交替迭代最大次数emax，初始化e＝0，e表示交替迭代序号；首先给定ti,j和Pm，将约束条件(1‑E)和(1‑F)变换为其中T表示和两者中数值较小者；步骤3‑2、将给定的ti,j、Pm以及(4)带入(3)，化简得到小蜂窝基站关联优化子问题：目标函数3CN114554511A权利要求书3/4页约束条件步骤3‑3、针对小蜂窝基站关联优化子问题(5)，采用如下迭代：步骤3‑3(a)、初始化xi,j为0，集合I′和J′为空集；步骤3‑3(b)、检验是否满足，如果满足，则输出xi,j，迭代停止；如果不满足，则在集合I×J中搜