[发明专利]提高WPT-MEC系统安全计算性能的方法、装置及系统

权利要求书

1.一种提高WPT-MEC系统安全计算性能的方法，其特征在于，所述WPT-MEC系统中部署有智能反射表面IRS；

所述方法包括：

建立所述WPT-MEC系统的用户终端在传输周期内的本地计算任务量模型和安全卸载任务量模型，所述传输周期表示所述用户终端完成充电和卸载的周期；

基于所述本地计算任务量模型和所述安全卸载任务量模型确定安全计算任务量目标函数和约束条件；

获取设定的基站的通信参数、所述用户终端的运算能力参数以及传输周期作为输入参数；

以所述安全计算任务量目标函数的函数值最大为优化目标，根据设定的优化算法、所述输入参数和所述约束条件进行优化，得到输出参数的目标值；所述输出参数的目标值用于对所述WPT-MEC系统进行配置，以提高所述WPT-MEC系统的安全计算性能；

所述输出参数包括基站的发射能量波束赋形向量、用户卸载时间、用户发射功率、用户计算频率和所述IRS的反射相位；所述运算能力参数包括各个用户终端的计算频率和计算预设任务量所需的CPU周期数；

所述本地计算任务量模型的表达式为：

其中，k表示用户终端序号，表示第k个用户终端的本地计算任务量，T表示所述传输周期，f_k表示第k个用户终端的计算频率，c_k表示第k个用户终端计算预设任务量所需的CPU周期数；所述基站的通信参数包括信道带宽；

建立所述安全卸载任务量模型包括：

建立卸载信道参数模型和窃听信道参数模型；

通过所述卸载信道参数模型和公式

得到卸载信号的信干噪比；

其中，k表示用户终端序号，SINR_a,表示所述基站的信干噪比，p_k表示第k个用户终端的发射功率，h_r,a表示所述IRS到所述基站的信道参数，Φ_k表示IRS对第k个用户终端的反射相位，h_k,r表示第k个用户终端到所述IRS的信道参数，h_k,a表示第k个用户终端到所述基站的信道参数，表示所述基站的接收噪声的方差；

通过所述窃听信道参数模型和公式

得到窃听信号的信干噪比；

其中，k表示用户终端序号，SINR_e,表示所述窃听信号的信干噪比，p_k表示第k个用户终端的发射功率，表示所述IRS到窃听端的信道参数，Φ_k表示IRS对第k个用户终端的反射相位，h_k,r表示第k个用户终端到所述IRS的信道参数，h_k,e表示第k个用户终端到所述窃听端的信道参数，表示所述窃听信号的接收噪声的方差；

通过公式R_a,＝og₂(1+SINR_a,)得到第k个用户终端的卸载速率；

通过公式R_e,k＝og₂(1+SINR_e,k)得到所述窃听端的窃听速率；

通过公式得到所述安全卸载任务量模型，其中表示第k个用户终端的安全卸载任务量，B表示所述信道带宽，t_k表示第k个用户终端的卸载时间；

所述基于所述本地计算任务量模型和所述安全卸载任务量模型确定安全计算任务量目标函数和约束条件包括：

对各个用户终端的本地计算任务量模型和安全卸载任务量模型求和，得到安全计算任务量目标函数；

所述运算能力参数包括各个用户终端的有效电容参数；

所述基于所述本地计算任务量模型和所述安全卸载任务量模型确定安全计算任务量目标函数和约束条件包括：

建立各个用户终端的本地计算能耗模型、卸载能耗模型以及充电模型，所述本地计算能耗模型的表达式为：

其中，k表示用户终端序号，表示第k个用户终端的计算能耗，T表示所述传输周期，ξ_k表示第k个用户终端的有效电容参数，f_k表示第k个用户终端的计算频率；

所述卸载能耗模型的表达式为：

其中，k表示用户终端序号，表示第k个用户终端的卸载能耗，P_k表示第k个用户终端的发射功率，t_k表示第k个用户终端的卸载时间；

所述充电模型的表达式为：

E_k＝ηt₀Tr(G_kW)

其中，k表示用户终端序号，E_k表示第k个用户终端的充电量，η表示能量收集效率，t₀表示充电时间，G_k表示第k个用户终端的充电信道参数，W表示基站发射的能量波束赋形向量；

基于所述本地计算能耗模型、所述卸载能耗模型以及所述充电模型确定约束条件；

所述安全计算任务量目标函数的表达式为：

其中，B表示信道带宽，K表示用户终端个数，k表示用户终端序号，t_k表示第k个用户终端的卸载时间，R_a,表示第k个用户终端的卸载速率，R_e,k表示窃听端的窃听速率，T表示传输时间块长度，f_k表示第k个用户终端的计算频率，c_k表示第k个用户终端的计算预设任务量所需的CPU周期数；

所述约束条件为：

其中，k表示用户终端序号，P_k表示第k个用户终端的发射功率，ξ_k表示第k个用户终端的有效电容参数，η表示能量收集效率，t₀表示充电时间，G_k表示第k个用户终端的接收信道参数，W表示基站发射的能量波束赋形向量，Tr()表示迹函数，P表示基站最大发射功率，表示第k个用户终端的最大发射功率，表示第k个用户终端的最大计算频率，φ_k,n表示反射单元n对第k个用户终端的反射相位；

所述以所述安全计算任务量目标函数的函数值最大为优化目标，根据设定的优化算法、所述输入参数和所述约束条件进行优化，得到输出参数的目标值包括：

基于所述约束条件，将f_k和所述安全计算任务量目标函数分别转化为以P_k、t_k、W和φ_k,n为自变量的函数；

固定P_k和t_k，利用泰勒展开法和半定松弛算法确定W和φ_k,n的最优解范围；

固定W和φ_k,n，利用拉格朗日对偶法和KKT条件确定P_k和t_k的最优解范围；

对P_k、t_k、W和φ_k,n进行迭代，直至对应的目标函数值符合预设的收敛条件时，得到P_k、t_k、W和φ_k,n的目标值；

基于P_k、t_k、W和φ_k,n的目标值确定f_k的目标值。