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基于射频供能的智能反射面辅助边缘计算系统优化研究
| 论文题名： | 基于射频供能的智能反射面辅助边缘计算系统优化研究 |
| 关键词： | 移动边缘计算;智能反射面;无线携能通信;动态规划;李雅普诺夫优化 |
| 摘要： | 物联网是当今时代不可或缺的重要技术,也是未来5G无线通信发展的关键技术之一,它的发展推动了诸多行业的新发展.但与此同时,大量智能传感器节点被部署,这些节点上也生成了许多对时间延迟要求敏感且计算密集的应用程序或服务.作为物联网的新兴技术之一,移动边缘计算通过使物联网节点将其计算任务卸载到附近具有足够计算资源的服务器来解决这一问题.智能反射表面是一种经济高效且节能的技术,可在无线通信中实现高频谱效率.无线携能通信技术是一种通过远距离为无线节点进行射频供电而进行通信的技术,可有效解决解决智能反射面部署的供电问题.本文围绕无线射频供能的智能反射面辅助移动边缘计算系统,对系统模型、联合能量和任务调度方案、能耗性能等进行了深入的研究. 第一,考虑能量与任务队列在时间上的因果性,基于动态规划理论对无线射频供能智能反射面辅助移动边缘计算系统进行了研究,其目标是通过对智能反射面收集的能量与用户端产生的计算任务调度联合优化,最小化用户端的计算能耗和卸载能耗.为使智能反射面增加收集的能量和高效地利用收集的能量,首先设计了一种任务卸载新协议,从而允许系统可根据系统链路信道状态、智能反射面的可充电电池能量状态以及用户端的任务队列状态,自适应地在三种模式(即能量收集模式、智能反射面辅助任务卸载模式和智能反射面待机任务卸载模式)之间进行切换.然后,在该协议下,考虑有限长时间内的任务执行时延约束,建立了相应的系统优化问题.由于无线信道和任务到达的随机性,该优化问题是一个随机规划问题.为了解决这一问题,我们首先假设非因果信道状态信息和任务状态信息可用,将其转换为确定性问题,然后推导出一个只需要因果信道状态信息和任务状态信息的实用算法.仿真结果表明,与现有的基准方案相比,我们提出的设计最多可节省80％的能耗. 第二,考虑智能反射面可充电电池能量队列和用户端任务队列的稳定性,基于李雅普诺夫优化理论,进一步对无线射频供能的智能反射面辅助移动边缘计算系统进行了研究.然后,基于上述的协议,建立系统的优化问题,在给定IRS电池的能量状态与用户任务队列的稳定性约束条件下,通过优化系统工作模式和每种模式下的资源分配,最小化用户端的任务卸载与计算能耗.通过利用李雅普诺夫优化方法,对该问题进行了求解,从而得到了一种高效的低复杂度优化算法.仿真结果表明,提出的系统优化方案比已有研究的基准方案可节省50%-90%的能耗. |
| 作者： | 黄栩蔚 |
| 专业： | 电子信息 |
| 导师： | 黄高飞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广州大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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