[發明專利]一種基于可重構智能面的毫米波移動邊緣計算系統中計算效率優化方法

有效

• 申請號: 202110334444.9
• 申請日: 2021-03-29
• 公開（公告）號: CN113163497B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 蔡嘉麗;虞湘賓;黃旭;黨小宇;潘翠敏;黎寧
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04W72/53
• 分類號: H04W72/53;H04W72/542
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 賀翔

1.一種基于可重構智能面的毫米波移動邊緣計算系統中計算效率優化方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟S1：建立基于可重構智能面的毫米波移動邊緣計算系統，該系統由K個單天線用戶、一個可重構智能面RIS和一個與高性能MEC服務器相連的毫米波基站組成，基站采用全連接式混合波束成形構架，配有N根天線、N_RF條射頻鏈路、N個功率放大器和NN_RF個移相器，且每根天線通過一個功率放大器和N_RF個移相器連接到所有射頻鏈路上，基站的混合波束成形由模擬波束成形矩陣和數字波束成形矩陣組成，其中N_S表示數據流的數量，定義集合和A滿足恒模約束，即

步驟S2：假設基站能夠完全獲取用戶到RIS以及RIS到基站之間的信道狀態信息，定義集合記第k個用戶為與RIS、RIS與基站之間的信道建模為毫米波信道，考慮采用部分卸載模式，所有用戶借助RIS同時向基站發送各自計算任務的數據信號，基站處經混合波束成形處理后的檢測信號為：

其中x_i為的發送信號，p_i為其發射功率，為級聯毫米波信道，n_k表示高斯白噪聲向量，為基站數字波束成形矩陣D的第k列的共軛轉置，表示第k組用戶對應數據流的數字波束成形向量，A^H表示基站模擬波束成形矩陣的共軛轉置，d_k表示基站數字波束成形矩陣D的第k列，d_k表示第k組用戶對應數據流的數字波束成形向量，h_i表示用戶i與RIS之間的信道，則的卸載速率為：

其中：σ²表示高斯白噪聲的方差；

則上述系統中的計算效率定義為：

其中分別為本地計算、卸載計算的比特數，分別為本地計算、卸載計算的能耗，P_k,c和C_k、f_k、ξ_k、ζ_k分別表示的固定電路功耗和CPU的每比特周期數、頻率、芯片系數、功率放大器系數；

步驟S3：建立基于最大-最小公平性原則的計算效率優化問題，其優化目標為最大化所有用戶的計算效率中的最小值，具體的優化問題表示如下：

其中，C₁表示基站數字波束成形矩陣A的恒模約束，約束C₂表示RIS的反射相位向量θ的恒模約束，約束C₃表示每個用戶的計算比特速率約束，表示的最小計算比特速率，約束C₄表示每個用戶的消耗功率約束，為的最大消耗功率，約束C₅表示每個用戶的本地CPU頻率約束，為的最大本地CPU頻率，約束C₆表示每個用戶的發射功率約束，為的最小發射功率；

引入輔助變量w_k表示第k個用戶模擬波束成形和數字波束成形矩陣構成的混合波束成形矩陣的輔助變量，表示用戶k的波束成形矢量和用戶的信道乘積的輔助變量，具體表示為q_k表示優化過程中關于用戶k發射功率p_k的輔助變量，具體表示用戶k發射功率的倒數γ_k表示優化過程中用戶k目標信號的輔助變量，具體為用戶k目標信號的下界，z_k表示為優化過程中用戶k干擾和噪聲的輔助變量，具體為用戶k干擾和噪聲的上界，R_k表示優化過程中關于用戶k的卸載速率的輔助變量，R_k為用戶k卸載速率的下界，P_k表示優化過程中用戶k最大消耗功率的的輔助變量，P_k為的下界，η表示優化過程中用戶計算效率的輔助變量，具體表示為用戶計算效率的下界，根據罰函數法，問題轉化為如下懲罰問題：

其中定義集合為第l-1迭代的懲罰變量，其更新式為

步驟S4：針對步驟S3中的優化問題，將其分解為一系列獨立凸優化問題，并利用連續凸逼近、黎曼流形優化、交替優化以進行迭代求解。