[发明专利]一种基于优化理论的WPT-MEC网络上下行资源分配与功率控制机制

摘要

一种基于优化理论的WPT‑MEC网络上下行资源分配与功率控制机制，本发明基于TDD‑OFDMA设计了单小区多用户WPT‑MEC网络，结合在线网络资源分配机制与优化理论联合提出任务截止期内完成能量传输与计算迁移时上下行资源分配与功率控制算法。首先，在信道分配阶段依据系统中用户计算任务量与信道状态信息按照基于任务优先级的周期性信道分配算法实现在线机制；随后，将给定信道分配下的能效功率分配松弛为给定上下行时间分配下的能效功率分配并利用凸优化理论解出，再采用一维搜索法获得最优上下行时间分配和其对应方案，算法结束。本发明能实现在WPT‑MEC网络中资源分配与功率控制，能显著降低系统整体能耗，提升资源利用率，实现绿色通信。

主权项

1.一种基于优化理论的WPT-MEC网络上下行资源分配与功率控制机制，其特征在于包括以下步骤：/nS1：定义下列各项数据；/n定义基站可提供的信道带宽容量为W_B；/n定义基站可提供的等带宽的子信道数为N，子信道集合为N＝{1,...,N}；/n定义网络中用户数为K，用户集合K＝{1,...,K}；/n定义系统截止时间长度T；/n定义系统上下行分离时间常量为τ,0＜τ＜1，即τT内完成传能，(1-τ)T内完成计算任务迁移；/n定义所有用户的能量转换效率为0＜ζ≤1；/n定义所有用户的计算任务长度为L＝{l₁,...,l_K}；/n定义子信道n对于用户k的信道功率增益为h_k,n；/n定义用户k对子信道n的获取情况为x_k,n，子信道n的获取情况为x_n，N_k表示用户k分配到的子信道集；/n定义用户k的传能信道为/n定义用户的本地运行功率为p_loc；/n定义基站为用户k下行传能的发射功率为用户k在子信道n上行发射功率为/nS2：初始化N条子信道随机分配，n∈N；/nS3：计算用户对应各子信道的信道功率增益h_k,n,/nS4：对用户计算数据量L降序排列，得到l′₁＞...＞l′_k＞...＞l′_K,/nS5：对L中用户的h_k,n,降序排列，有h′_k,1＞...＞h′_k,n＞...＞h′_k,N,/nS6：假定为用户分配的信道子集规模相等，即子信道数除用户数结果取整得到，len＝floor(N/K)，该floor函数为取整函数；/nS7：执行len次循环，每次循环中依次按L顺序为K个用户分配1条子信道；/nS8：用户获得对应的信道子集N_k；/nS9：在N_k中选择用户下行传能信道/nS10：初始化τ＝τ₀，τ∈(0,1)，搜索步长为Δ；/nS11：根据分配的信道子集N_k获取当前用户各子信道增益h_k,n,与信道子集规模len作为输入；/nS12：对h_k,n,由大到小排列；/nS13：计算当前各用户k∈K的最小上行速率为：k∈K；/nS14：对于所有用户/n计算用户k∈K的最优下行传能功率：/nS15：输出基站为系统内各用户传能的发射功率为：/nS16：输出给定上下行分离时间常量τ时，基站传能消耗最小能耗：/nS17：更新τ＝τ+Δ；/nS18：搜索所有τ值后，对比不同τ值下所获得的所有基站最小传能能耗，选取能耗最小值所对应的τ^*值和其对应上下行功率分配方案作为最优能效分配方案；/nS19：算法结束，输出当前任务截止期T内各用户信道分配情况N_k，传能信道下行传能信道发射功率和用户在各信道上行迁移的发射功率及基站最小传能能耗/n