一种5G边缘计算环境下终端能耗感知的任务卸载方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114245449A(43)申请公布日2022.03.25(21)申请号202111434734.7(22)申请日2021.11.29(71)申请人南京邮电大学地址210046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)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人罗运红(51)Int.Cl.H04W52/34(2009.01)权利要求书4页说明书13页附图1页(54)发明名称一种5G边缘计算环境下终端能耗感知的任务卸载方法(57)摘要本申请涉及一种5G边缘计算环境下终端能耗感知的任务卸载方法。该方法包括：建立全双工自回程异构蜂窝终端总能耗优化模型，计算终端功率耦合约束的边界条件，针对终端功率不耦合场景，对所述总能耗优化模型进行简化，然后利用最优性条件求解最优的终端功率、终端连接关系以及终端传输时长，获得第一优化结果，针对终端功率耦合场景，利用第一优化结果，对所述总能耗优化模型重新建模并求解，获得第二优化结果，然后根据该第二优化结果对第一优化结果进行修正，输出最终优化结果，利用终端功率耦合约束的边界条件对场景进行划分，从而实现解耦，大大降低了算法复杂度，提升了求解速度，从而高效降低终端能耗。CN114245449ACN114245449A权利要求书1/4页1.一种5G边缘计算环境下终端能耗感知的任务卸载方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一、建立全双工自回程异构蜂窝终端总能耗优化模型，所述总能耗优化模型包括第一目标函数和第一约束条件，所述第一目标函数为：所述第一约束条件为：其中xm,j、tm,j和Pm是优化变量，xm,j表示终端m是否选择小蜂窝j进行计算任务卸载，tm,j表示终端m到小蜂窝j的传输时长，Pm表示终端m的发送功率；M表示网络中的终端集合，J表示网络中的小蜂窝集合；Cm表示终端m在本地进行任务计算的单位比特能耗，Dm表示终端m的计算任务数据量；Pmax表示终端发送功率上限；Rm,j表示终端m到小蜂窝j的链路可达速率，展开表示为：其中，B表示异构蜂窝的传输频谱带宽，hm,j表示终端m到小蜂窝j的信道增益，N0表示系统背景噪声功率，ξ表示多用户干扰，θ表示干扰抵消因子，Pj表示小蜂窝j的发送功率；Rj表示小蜂窝j到宏蜂窝的链路可达速率，展开表示为：其中，hj表示小蜂窝j到宏蜂窝的信道增益，δ表示相邻小蜂窝干扰；步骤二、计算终端功率耦合约束(1‑G)的边界条件：2CN114245449A权利要求书2/4页其中，表示耦合判决门限；表示与小蜂窝j连接的所有终端中最大的信道增益；利用将场景划分为终端功率耦合和终端功率不耦合两种情况：当时，与小蜂窝j连接的所有终端功率不耦合；当时，与小蜂窝j连接的所有终端功率耦合；步骤三、针对终端功率不耦合场景，对所述总能耗优化模型进行简化，然后利用最优性条件求解最优的终端功率、终端连接关系以及终端传输时长，获得第一优化结果；步骤四、针对终端功率耦合场景，利用步骤三的优化结果，对所述总能耗优化模型重新建模并求解，获得第二优化结果，然后根据该第二优化结果对步骤三的第一优化结果进行修正，输出最终优化结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤三中，所述利用最优性条件求解最优的终端功率、终端连接关系以及终端传输时长，获得第一优化结果的具体步骤如下：3‑1)、假设xm,j和tm,j给定，将第一目标函数化简为针对每个终端m的独立优化问题，获得第二目标函数和第二约束条件，所述第二目标函数为：所述第二约束条件为：0≤Pm≤Pmax(2‑A)其中，fm(Pm)表示第二目标函数；3‑2)、针对第二目标函数fm(Pm)求导，令得到然后带入公式(2)，将fm(Pm)转化成关于hm,j的函数fm(hm,j)，表示为：3‑3)、利用公式(3)对hm,j求导，令得到极大值点然后进行以下步骤：a1)对于终端m，利用极大值点将所有hm,j进行归类，当将小蜂窝j归入集合Φm1，当将小蜂窝j归入集合Φm2；b1)对于集合Φm1，令j1表示其中最小元素所对应的小蜂窝序号j；对于集合Φm2，令j2表示其中最大元素所对应的小蜂窝序号j；c1)根据序号j1将信道增益hm,j1带入公式(3)计算得到函数值fm(hm,j1)，根据序号j2将信道增益hm,j2带入公式(3)计算得到函数值fm(hm,j2)，然后吗比较fm(hm,j1)和fm(hm,j2)的值，将其中的较小者对应的小蜂窝作为关联小蜂窝，将其序号记为j′，然后根据关联小蜂窝序号j′将终端m和小蜂窝j′的关联变量xm,j′设置为xm,j′＝1，将网络中除关联小蜂窝j′以外的所有其他小蜂窝作为非关联小蜂窝，非关联小蜂窝j与终端m的关联变量xm,j设置