[發明專利]一種智能電網供電系統的計算卸載與資源分配方法

在審

• 申請號: 202110907044.2
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113630734A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 焦戰威;李娜娜;郝萬明
• 申請（專利權）人: 鄭州海威光電科技有限公司;鄭州大學
• 主分類號: H04W4/35
• 分類號: H04W4/35;H04W24/06;H04W72/04;G06Q50/06
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真

1.一種智能電網供電系統的計算卸載與資源分配方法，其特征在于，其步驟如下：

步驟一：搭建無線供電移動邊緣計算系統模型，包括N個天線陣列的BS和K個單天線用戶集，每個用戶k在相干時間T內計算L_k位輸入數據，BS連接到電網，向分布式用戶廣播無線能量，其中，

步驟二：在用戶時延限制下，以BS的傳輸功率和實時能量需求的總和的最小值為目標構建目標函數，并給出目標函數的約束條件；

步驟三：在完備信道狀態信息情況下，目標函數的約束條件為凸約束條件，利用標準凸優化技術求得目標函數的最優解；

步驟四：在非完備信道狀態信息情況下，通過引入輔助變量將目標函數的約束條件轉化為凸約束條件，再利用標準凸優化技術和迭代方法求得目標函數的最優解。

2.根據權利要求1所述的智能電網供電系統的計算卸載與資源分配方法，其特征在于，所述目標函數為：

所述目標函數的約束條件為：

其中，表示BS的傳輸功率，B^real表示實時能量需求，P_k為用戶k的卸載功率，P^max表示用戶處的最大傳輸功率，P^ET,max表示BS的最大傳輸功率，α_k代表用戶k的卸載數據比例，R_k為用戶k處可實現的卸載數據速率，c表示用戶數據的計算復雜度，P_L表示本地執行的每周期的能耗，μ表示能量轉換效率，表示發射功率，c_k表示在用戶k處執行一個輸入比特位所需的CPU周期數，F_k表示用戶k的計算能力，P_c表示云上執行的每周期的能耗，P^circuit表示非傳輸硬件電路的功耗，E表示BS處收集的能源功率，B^ahead表示當前已向電網購買的能源，S表示多余的賣給電網的能源。

3.根據權利要求2所述的智能電網供電系統的計算卸載與資源分配方法，其特征在于，在完備信道狀態信息情況下，利用標準凸優化技術求得目標函數的最優解的方法為：

在完備信道狀態信息情況下，線性檢測器矩陣由V＝H^H(HH^H)^-1決定，用戶k的歸一化有效信道增益表示為其中，V(k)為V的第k行，H_k為H的第k列，σ²為噪聲功率，H∈Ξ^N×K表示用戶與基站之間的整體信道矩陣，信道矩陣的各元素建模為g_nk表示小尺度衰落系數，β_k表示大尺度衰落系數，因此，得到用戶k處可實現的卸載數據速率為：

R_k＝Blog₂(1+P_kh_k) (2)；

BS分配給用戶k的歸一化預編碼向量為其中，設s_k∈Ξ表示用戶k的零均值單位方差的能量信號，則對應的接收信號可表示為：

其中，表示BS給用戶k的發射功率，n_k表示加性高斯白噪聲，表示BS給用戶k'的發射功率，w_k′表示BS分配給用戶k'的歸一化預編碼向量，s_k′表示用戶k'的零均值單位方差的能量信號；

根據式(2)和式(4)將式(6d)和(6e)分別轉化為：

其中，B表示用戶傳輸帶寬；

首先將式(7a)改寫為α_kL_k-TBlog₂(1+P_kh_k)≤0；當α_kL_k-TB log₂(1+P_kh_k)＝0成立時，得到P_k的最小值

結合式(6b)和(7a)，可以得到最優的P_k為由式(6g)可知，當等式成立時，得到最小的B^real；

如果式(7b)改寫為為了得到更小的首先最小化：

通過拉格朗日對偶方法對式(9)進行求解得到其最優解，將部分拉格朗日量表示為：

其中，λ_k是與α_k≤1相關的非負拉格朗日乘子，v_k是與相關的非負拉格朗日乘子，由于式(10)是凸優化函數，并且式(10)滿足Salterars條件，對偶間隙為零，因此，通過求解式(11)的對偶問題，得到式(10)的最優解：

基于KKT條件，最優原對偶點(α_k,λ_k,v_k)的充要條件是：

其中，表示最優的卸載數據比例，和均表示非負的拉格朗日乘子；

式(12c)表示互補松弛條件，式(12c)的左側項是L_k相對的一階導數，由式(12c)和(12d)可以直接得出：

根據式(13)，可得：

利用標準凸優化技術進行求解，可以得到的最優解。