[发明专利]一种用于无线充电边缘计算网络计算能效的资源分配方法

摘要

本发明公开了一种无线充电边缘计算网络计算能效的资源分配方法，其主要解决了现有技术无法保证计算能效最大化问题。其实现步骤是：设置功率分配参数；初始化功率分配参数；计算最佳本地计算频率，最佳用户发送功率和最佳计算加载时间；计算的拉格朗日乘子；计算迭代最佳本地计算频率，迭代最佳用户发送功率，迭代最佳计算加载时间和迭代最佳能量收集时间；计算拉格朗日乘子迭代误差；判断拉格朗日乘子是否满足终止条件；计算系统计算能效；判断是否满足终止条件；得到系统最大计算能效和相应的最佳本地计算频率，最佳用户发送功率，最佳计算加载时间和最佳能量收集时间。

主权项

1.一种用于无线充电边缘计算网络计算能效的资源分配方法，包括如下步骤：(1)设置资源分配参数：(1a)设置容错误差ξ，其取值范围为(0,1)；(1b)设置最大迭代次数N，其取值为所选用计算设备的容许计数范围内大于10的正整数；(2)初始化资源分配参数：(2a)将选择计算能效迭代次数n初始化为1；(2b)将subgradient迭代算法的迭代次数初始化为1；(3)计算最佳本地计算频率，最佳用户发送功率和最佳计算加载时间：(3a)按照下式，对给定的计算能效初始值η⁰计算最佳本地计算频率和最佳用户发送功率其中，表示初始化的第k个用户的最小数据量约束对应的拉格朗日乘子，表示初始化的第k个用户的能量效率约束对应的拉格朗日乘子，为初始化的第k个用户的能量消耗约束对应的拉格朗日乘子，η⁰为初始化的给定的计算能效，且，C为在每个用户的中央处理单元处计算一位原始数据所需要的周期，γ_c是第k个用户的处理器芯片的有效电容系数，取决于第k个用户的芯片架构，B为通信带宽，υ_k＞1表示包括写在计算任务在内的通信开销，g_k为第k个用户到边缘计算服务器的卸载链路的瞬时信道功率增益，为第k个用户的噪声功率，k＝1,2,3,...,K，K表示次级用户总个数，n表示次梯度迭代算法的迭代次数，表示平方根操作，ln2表示2的自然对数，[a]⁺＝max(a,0)，且max(a,0)表示取a和0中较大值；(3b)按照下式计算辅助变量Υ其中，T为一个帧结构的总时长，C为在每个用户的中央处理单元处计算一位原始数据所需要的周期，B为通信带宽，υ_k＞1表示包括写在计算任务在内的通信开销，g_k为第k个用户到边缘计算服务器的卸载链路的瞬时信道功率增益，为第k个用户的噪声功率；P_r,k为无线能量传输阶段的接收功率，P_c,k为卸载计算过程期间第k个用户的恒定电路消耗，P_r,k为无线能量传输阶段的接收功率，P_c,k为卸载计算过程期间第k个用户的恒定电路消耗，μ和ψ为能量收集电路参数，γ_c是第k个用户的处理器芯片的有效电容系数，取决于第k个用户的芯片架构，log₂(·)表示以2为底的对数操作；(3c)按照下式计算最佳计算加载时间其中，Υ为辅助变量，ηⁿ为给定的计算能效，表示第k个用户的最小数据量约束对应的拉格朗日乘子，表示第k个用户的能量效率约束对应的拉格朗日乘子，B为通信带宽，υ_k＞1表示包括写在计算任务在内的通信开销，为第k个用户的噪声功率，k＝1,2,3,...,K，K表示次级用户总个数，ln2表示2的自然对数；(3d)按照下式计算最佳能量收集时间其中，T为一个帧结构的总时长，为第k个用户最佳计算加载时间，k＝1,2,3,...,K，K表示次级用户总个数，n表示次梯度迭代算法的迭代次数；(4)计算拉格朗日乘子：利用次梯度迭代算法，计算最小数据量约束对应的拉格朗日乘子能量效率约束对应的拉格朗日乘子和能量消耗约束对应的拉格朗日乘子(5)计算迭代最佳本地计算频率最佳用户发送功率和最佳计算加载时间(6)计算拉格朗日乘子迭代误差：计算最小数据量约束对应的拉格朗日乘子迭代误差ζλ，能量效率约束对应的拉格朗日乘子迭代误差ζθ和能量消耗约束对应的拉格朗日乘子迭代误差ζρ；(7)判断最小数据量约束对应的拉格朗日乘子迭代误差，能量效率约束对应的拉格朗日乘子迭代误差和能量消耗约束对应的拉格朗日乘子迭代误差是否满足拉格朗日乘子迭代终止条件，若是，则执行步骤(8)，否则，将次梯度迭代算法的迭代次数加1后执行步骤(4)；(8)按照下式，计算系统计算能效η其中，T为一个帧结构的总时长，C为在每个用户的中央处理单元处计算一位原始数据所需要的周期，B为通信带宽，υ_k＞1表示包括写在计算任务在内的通信开销，g_k为第k个用户到边缘计算服务器的卸载链路的瞬时信道功率增益，为第k个用户的噪声功率；P_r,k为无线能量传输阶段的接收功率，P_c,k为卸载计算过程期间第k 个用户的恒定电路消耗，γ_c是第k个用户的处理器芯片的有效电容系数，取决于第k个用户的芯片架构，k＝1,2,3,...,K，K表示次级用户总个数，n表示次梯度迭代算法的迭代次数，log₂(·)表示以2为底的对数操作；(9)判断是否满足计算终止条件，若是，则执行步骤(10)，否则，将迭代次数加1，并将步骤(8)所得计算能效赋值给ηn+1后执行步骤(3)；(10)得到最佳能量收集时间最佳计算加载时间最佳用户发射功率最佳本地计算频率和最大计算能效η。