无线供能的移动边缘计算卸载策略研究

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为了应对来自大量物联网设备的应用程序需求的爆炸性增长,云计算允许移动设备将计算密集型任务卸载到资源丰富的远程云数据中心。但是,云计算的固有缺陷是从移动设备到远程云中心的长距离传输,这导致移动设备端的高延迟和高能耗。为了解决这个问题,移动边缘计算作为有前途的范例从而被提出,其中计算功能是在网络边缘(例如基站和接入点)上实现的,从而大大减少了传输距离。实际上,移动边缘计算边缘计算保证了低延迟和低能耗,以促进实时应用的发展。最近,移动边缘计算已被视为实现物联网和第五代(5G)移动通信系统的关键技术。另一方面,如何为大型计算密集型设备提供可持续且具有成本效益的能源供应是物联网面临的另一个挑战。基于射频(RF)信号的无线能量传输(WPT)通过部署专用能量发射器以无线方式传输能量来提供可行的解决方案。因此移动边缘计算(MEC)和无线能量传输(WPT)结合的设计在物联网时代已被公认为有前途的技术,可以为大型低功耗无线设备提供增强的计算能力和可持续的能源供应。本文第一个研究对象为基于无线供能的移动边缘计算卸载优化。该集成移动边缘计算服务器的多天线接入点具有计算资源和通信资源,若干本地设备在周围搜寻一个可用的带有移动边缘计算服务器的接入点,从接入点接收能量后,首先分割计算任务为两部分,一部分由本地计算完成,另一部分由计算卸载至接入点完成。建立了一个联合优化接入点的能量传输功率和传输时间、用户任务卸载时间、计算任务分割,最小化系统总能耗的数学模型,并与运用独特的交替优化算法求解。最后结合实际选取参数进行数值仿真实验,并与三种基础方案进行比较,验证方案效果。本文第二个研究对象为基于移动边缘计算的无线供能合作计算系统。该设计利用附近的空闲的无线设备作为辅助设备,利用这些辅助设备获取无线能量,协作执行活跃用户的计算任务。具体地说,本章节开发了一个有效的设计框架,在用户和协作者的能量约束下,最大化给定时间块内用户的计算速率。建立对应的凸优化问题后运用CVX工具箱求解问题,并进行不同实验条件下的数值仿真实验。数值仿真结果表明,所提出的基于移动边缘计算的无线供能合作计算方案比基准方案有显著的性能增益。
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