[發明專利]基于策略的無線攜能物聯網設備的計算卸載

在審

• 申請號: 201911258082.9
• 申請日: 2019-12-10
• 公開（公告）號: CN112954736A
• 公開（公告）日: 2021-06-11
• 發明（設計）人: 謝雨彤;劉洋;龔世民;陸柳村;汪漪;劉毅;肖鐘凱
• 申請（專利權）人: 深圳先進技術研究院
• 主分類號: H04W28/02
• 分類號: H04W28/02;H04W72/04;H04W4/70;H04W16/22
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 楊帥峰

1.一種基于策略的無線攜能物聯網設備的計算卸載，其特征在于，包括以下步驟：

1)建立系統模型

所述系統模型包括一個混合接入點HAP和N個用戶設備的無線傳感器網絡，能夠獨立地感知和處理數據；用戶設備可以通過HAP卸載他們的感知數據和工作負載到附近的移動邊緣計算MEC服務器，完成工作負載后，MEC服務器將將處理過的數據返回給用戶設備；

2)設計基于策略的混合MEC卸載DRL方法。

2.根據權利要求1所述的一種基于策略的無線攜能物聯網設備的計算卸載，其特征在于：

所述系統模型具體為：

設N＝{1，2，…，N}表示所有邊節點的集合，S_i表示i∈N的第i個邊節點；每個節點都配有一個天線，能夠以恒定的發射功率從HAP收集能量；HAP和節點S_i之間的復雜上下行信道分別用h_i∈C和g_i∈C表示；每個S_i被分配一個時隙t_i用于其數據卸載，并且能夠在同一時隙中收集能量；每個邊緣節點S_i的工作負載由L_i給出，L_i定義為要在MEC服務器上本地或遠程處理的數據比特數。

3.根據權利要求2所述的一種基于策略的無線攜能物聯網設備的計算卸載，其特征在于：

所述系統模型的卸載步驟包括：

1.1)混合MEC卸載

從每個用戶卸載到MEC服務器的數據可以在被動反向散射通信或主動射頻通信中執行；在被動模式下，HAP的波束形成提供用于邊緣節點執行反向散射通信的載波信號：一部分入射射頻信號被反射回來，而另一部分仍被天線捕獲并轉換成能量；將每個時隙t_i劃分為三個子時隙，第一個子時隙t_h，i被用于用戶設備獲取射頻功率，以維持本地計算和數據卸載的能量消耗；后面的兩個子槽t_a，j和t_p，j分別用于主動和被動模式下的數據卸載；

1.2)工作量分配

每個時隙產生的工作負載可以在本地計算、主動卸載和被動卸載之間進行分配；不同的計算方案具有不同的處理能力和能量消耗；因此，MEC卸載方案的設計目的是根據工作負載的動態特性、信道條件和各邊緣設備的能量供應情況，將工作負載最優地劃分到三種方案：

a.主動卸載方案：

設p_a，i為主動卸載時用戶S_i的發射功率；HAP處的接收信號是其中s(t)表示具有單位功率的信息，而ν_d～CN(0，σ²)是HAP處的噪聲，然后，活動模式下的數據速率有

r_a，i＝B log₂(1+p_a，i|h_i|²/σ²) (1)

其中B表示活動數據傳輸的帶寬，p_a，i和r_a，i之間的關系表示為：

因此，主動模式下的總功耗由給出，其中p_c，i表示激勵電路的恒定功率；

b.被動卸載方案：

對于被動卸載，HAP處的后向散射信號可以表示為y(n，i)＝αg_ib(n)h_ix(n)，其中x(n)表示HAP發射的載波信號，b(n)∈{0，1}是二元反向散射信息，這里α表示后向散射發射器的反射系數，由天線的負載阻抗決定；假設完全干擾抵消，則可以從接收信號中減去來自HAP的直接傳輸；因此，將被動模式中的數據速率近似為r_p，i＝B log(1+|αg_ih_i|²/σ²)；顯然，反向散射速率r_p，i小于有源射頻通信；然而，通過無線能量收集，反向散射通信的功耗是可以忽略和可持續的；

c.本地計算：

邊緣設備還可以在數據卸載的同時進行本地計算，允許不同的邊緣設備具有不同的計算能力，讓f_i表示設備處理器的計算速度(CPU周期/秒)，每個CPU周期的功耗可以用kf_i²來描述，其中常數系數k表示計算的能量效率，設0≤t_l，i≤1表示本地計算的時間分配；然后，局部計算的總能耗可以用建模，設φ＞0表示處理一個單位工作負載所需的周期數；因此，可以在本地處理的信息位數有其中r_l，i＝f_i/φ表示本地計算中的處理速率，假設參數f_i和φ對不同的用戶設備是固定的；因此，能量消耗e_l，i在本地計算中只與時間和工作量分配有關即

1.3)MEC卸載價格

通過將工作負載卸載到MEC服務器，邊緣節點使用MEC服務器的信道資源來接收工作負載并返回結果，同時也消耗了MEC服務器的CPU資源來執行計算任務；所以MEC服務器還需要對使用其MEC卸載服務的每個用戶收費；讓表示以主動和被動模式卸載到MEC服務器的總工作量；MEC卸載服務的價格包括兩部分：第一部分為信道資源的使用，其與負載卸載率成正比，更高的卸載速率意味著將分配更多的信道資源來接收工作負載，另一部分取決于工作負載的總數，其表示計算資源的成本，因此，MEC服務器將其價格設置如下：

其中，μ_o表示單位信道價格，ρ_o表示單位計算價格。