[发明专利]一种多载波NOMA的移动边缘计算系统中计算效率优化方法

说明书

本发明公开了一种多载波NOMA的移动边缘计算系统中计算效率优化方法，基于最大‑最小公平性原则，联合优化用户的计算资源、发射功率和系统的子信道调度以保证用户之间的公平性，提出了一种有效的基于Big‑M法、惩罚序列凸规划以及广义分式规划的计算效率优化算法，可从任一初始点开始迭代并最终收敛于一个可行次优解，能以多项式时间复杂度使系统达到较高的计算效率。

技术领域：

本发明属于移动通信领域，涉及移动通信系统的资源分配方法，尤其是涉及一种多载波NOMA的移动边缘计算系统中计算效率优化方法。

背景技术：

在过去的十年里，移动通信业务的快速增长推动了无线通信和网络技术的巨大进步，这就催生了移动云计算。然而，用户通常远离云数据中心，这可能导致它们之间的数据交换时间过长。因此，移动云计算很难满足各种实时移动应用的计算服务需求。与传统的移动云计算相比，移动边缘计算(MEC,Mobile Edge Computing)作为一种新兴的技术在物联网中有着广阔的应用前景。MEC的核心思想是将计算服务器分散到靠近用户的无线网络边缘，从而提高用户的计算能力，降低任务延迟和能耗。

非正交多址接入(NOMA,Non-Orthogonal Multiple Access)被认为是未来无线通信系统中一种有前途的多址接入方案。NOMA的基本概念是通过使用叠加编码和多用户检测技术在一个正交资源块中为多个用户同时提供接入服务。这与正交多址接入方案非常不同，例如正交频分多址接入(OFDMA,Orthogonal Frequency Division Multiple Access)，它在和一个频域资源块中至多服务一个用户。然而，如果在一个正交资源块中复用多个用户，则系统复杂度和解码延迟将变得很高。为此，可以采用多载波NOMA技术，即NOMA和OFDMA的结合，来满足MEC系统的大规模连接性需求，提高传输效率。在基于多载波NOMA的MEC系统中，所有用户被分成几个NOMA组，一个NOMA组可以占用一个频域资源块，也就是说，不同频域资源块是OFDMA，相同频域资源块是NOMA。已有研究表明多载波NOMA在MEC系统中的应用相比正交多址接入能大大提高系统性能。在现有文献中，时延最小化、能耗最小化和计算比特最大化是MEC系统资源分配的主要关注点。然而，随着通信业务的快速增长，通信行业正成为主要的能源消费领域。在这样的背景下，未来的MEC系统中考虑绿色通信具有重要意义，特别是计算效率这一指标，即每焦耳能量的计算能力。基于以上讨论，本发明研究了一种多载波NOMA的移动边缘计算系统中计算效率优化方法，该方法面向未来MEC系统中高计算效率的大规模连接和绿色通信。

发明内容：

针对多载波NOMA的移动边缘计算系统，为了提高该系统的计算效率以及保证用户的公平性，本发明基于最大-最小公平性原则，最大化所有用户的计算效率的最小值，联合优化子信道调度、用户的本地CPU频率和用户的发射功率，提出了一种多载波NOMA的移动边缘计算系统中计算效率优化方法，能以多项式时间复杂度获得较好的计算效率优化方案。

本发明所采用的技术方案有：一种多载波NOMA的移动边缘计算系统中计算效率优化方法，步骤如下：

步骤S1：建立基于多载波非正交多址接入(NOMA)的移动边缘计算(MEC)系统，该系统由K个用户和一个与MEC服务器相连的无线接入节点(AP)组成，并且所有用户都只有一个发射天线与单个接收天线的基站来建立通信链路，上述系统所使用带宽W分成相互正交的N个子信道，定义子信道的集合为则第个子信道所使用的带宽为W_n，满足每个子信道建模为频率平坦块衰落信道，即信道变化以时间块为单位，每个时间块内的子信道保持不变，多个用户通过上行NOMA协议共享相同的子信道，同时将计算任务上传到无线接入节点的MEC服务器上，用户的计算效率定义为该用户的本地计算和其上传至MEC服务器的总数据量(比特)与所消耗的能量之比；