[发明专利]一种基于背向散射通信的主被动混合卸载方法和装置

说明书

本发明公开了一种基于背向散射通信的主被动混合卸载方法和装置，属于无线通信技术领域，所述方法包括：S1：建立移动边缘计算系统模型；S2：确立基站和用户设备之间的匹配关系；S3：获取各个用户设备在无线能量传输过程收集的能量；S4：获取每个用户设备进行本地计算的能耗和所需时间，其中，本地计算与主被动卸载过程并行；S5：计算每个用户设备进行主被动卸载过程的能耗和传输时延；S6：设定包括时延、传输功率、任务分配的通信限制条件，并基于S4和S5最小化用户设备的总能耗，得到各个用户设备的最优卸载策略。本发明充分利用背向散射传输低功耗的特点，能够延长用户设备的使用寿命，提高了移动边缘计算网络的运转性能。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，更具体地，涉及一种基于背向散射通信的主被动混合卸载方法和装置。

背景技术

随着物联网和5G技术的快速发展，未来的无线网络将连接数以亿计的终端用户设备，其中包括无线传感器、智能摄像头、可穿戴电子用户设备和车载通信器等。与此同时，用户设备也需要支持越来越多低延时、高计算需求的新型应用任务，如脸部识别、虚拟现实。而这类应用程序往往会消耗大量的能量，使用户设备的电池寿命严重缩减。再加上用户设备的物理尺寸限制，其计算能力和电量十分有限，导致响应时间变长，成为用户体验质量的瓶颈，从而阻碍新型应用任务的发展。由此可见，资源需求紧张的应用任务和资源受限的用户设备之间的矛盾给未来移动平台的发展带来了巨大的挑战。

为了提供与实时上下文兼容的快速服务交付，欧洲电信标准协会引入移动边缘计算(Mobile Edge Computing，MEC)了这一概念：移动边缘计算在移动网络的边缘、无线接入网的内部以及移动用户的近处提供了一个IT服务环境以及云计算能力。相比于云计算，移动边缘计算离用户的距离更近，可以在数据源附近完成任务，而无需通过核心网络将数据集中传输至远程云中心，避免了云计算范式中网络拥塞和高通信延迟的问题。

另一方面，传统电池供电的小型用户设备电量有限，当电量即将耗尽时，可能不足以支撑主动传输方式下的任务卸载过程，因此无法利用MEC服务器提供的服务。尽管这个问题可以通过采用更大的电池或更换电池来解决，但大容量电池意味着花费更高的硬件成本，频繁更换电池则需要消耗大量的人力物力。背向散射通信(BackscatterCommunication)作为一种微瓦级超低功耗的通信技术，通过调整天线负载阻抗来反射环境中的无线信号，以实现信息传输。因此，采用主被动混合的方式进行数据卸载，可以有效解决用户设备的能耗问题，进一步延长用户设备的使用寿命。

现有研究较多考虑主动传输方式卸载数据的优化问题，而仅有的少量主被动混合卸载优化研究只考虑了单个基站的情况，且未从用户角度出发降低设备自身能耗，无法解决实际场景下多基站存在时用户设备的最优卸载问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于背向散射通信的主被动混合卸载方法和装置，以最小化系统中的用户设备总能耗为目标，确定主被动混合卸载的最优策略，其中包括每个用户设备的任务划分方案、与基站的匹配选择及主动传输的发射功率，进而解决用户设备工作寿命短的问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于背向散射通信的主被动混合卸载方法，包括：

S1：建立移动边缘计算系统模型，定义基站集合为ε＝{1，2，...，s，...，M}，用户设备集合为基站和用户设备分别用s和k表示；

S2：确立基站和用户设备之间的匹配关系，匹配的基站s为对应的用户设备k提供携带能量的射频信号，且用户设备k通过主被动混合方式将待卸载的任务传输至基站s连接的MEC服务器上；

S3：获取各个用户设备在无线能量传输过程收集的能量；

S4：获取每个用户设备进行本地计算的能耗和所需时间，其中，本地计算与主被动卸载过程并行；

S5：计算每个用户设备进行主被动卸载过程的能耗和传输时延；