NOMA-MEC系统资源分配研究

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多接入边缘计算(MEC)能够高效处理边缘设备所产生的数据,在无线网络边缘为设备提供计算资源。将非正交多址接入(NOMA)技术应用到MEC能够有效增加设备连接数量并且提高用户的卸载效率。尽管非正交多址接入-多接入边缘计算(NOMA-MEC)系统具有诸多优势,但其仍存在不足之处,如利用中继辅助传输带来的信息安全泄漏及针对工业互联网控制类应用业务场景下的信息接收新鲜度问题。因此,本文主要从物理层安全和信息新鲜度两个方面针对NOMA-MEC系统资源分配进行研究。首先,距离是影响NOMA-MEC系统卸载性能的重要因素。中继辅助传输可以有效提高NOMA-MEC系统的覆盖能力和卸载效率。然而中继易受到恶意用户攻击,造成信息泄露,成为不可信中继。针对此问题,利用MEC服务器主动干扰不可信中继,以提高系统的信息安全性能。在时延和能耗受限条件下,联合优化用户发送功率、计算频率以及卸载时间,最大化用户端物理层安全能效。使用泰勒近似方法将单目标子问题转化为凸问题,采用拉格朗日对偶法进行求解。利用交替迭代算法对用户发送功率,计算频率等单目标最优解进行联合优化。仿真结果表明,所提卸载方法能够有效提高安全卸载性能和物理层安全能效。其次,工业互联网控制类业务具有严格的信息时效性要求,然而目前针对NOMA-MEC系统时效性的研究却鲜少涉及。故对代表NOMA-MEC系统卸载时效性的信息年龄(AoI)进行研究。由于网络流量的随机突发特性,随机网络演算相较于排队论等传统理论分析方法,其能够充分模拟网络流量的到达特性,允许一定的违背概率超出网络性能边界。因此,本研究利用随机网络演算理论及MEC卸载过程推导出到达过程和服务过程矩母函数,结合矩母函数及服务过程AoI演变得到平均AoI表达式,最终推导出AoI违背概率表达式。理论分析表明NOMA-MEC系统功率分配是影响系统AoI的重要因素,随着MEC1服务器功率分配系数增大,近距离服务器链路平均AoI逐渐减小,远距离服务器链路平均AoI逐渐增大。当功率分配系数为0.1时,得到系统平均AoI最小值。最后通过仿真结果验证了理论分析的正确性。
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