1.一种基于MEC的NOMA窄带物联网的系统能耗最小化方法,所述方法包括以下步骤:
1)在基于MEC的NOMA窄带物联网中通过联合优化计算资源分配、用户传输功率和解码排序实现系统能耗最小化,该优化问题描述为一个多变量优化:受限于:
在此,问题P1的各参数定义如下:用户数据信号的连续干扰消除SIC解码排序;
dn:解码排序中第n个解码的用户;
用户dn的传输能耗,单位是焦耳;
用户dn的计算能耗,单位是焦耳;
用户dn需要计算的任务数据量,单位是比特;
用户dn的传输功率;
用户dn的传输速率;
r:边缘移动计算单元的计算能耗效用系数;
边缘移动计算单元计算用户dn的任务时所分配的计算资源;
用户dn传输任务数据到移动边缘计算单元的传输延迟,单位是秒;
移动边缘计算单元计算用户dn的任务数据的计算耗时,单位是秒;
C:移动边缘计算单元的总计算容量,单位是Mbps;
T:每个用户任务执行时延的最大上限,单位是秒;
窄带物联网中的用户集{1,···,N};
为集合{1,···,N}的排列集合;
2)由于问题P1是混合整数非线性优化问题,故将P1分解为两个子优化问题:优化资源分配和优化解码排序,其中,针对资源分配的优化,所述资源分配包括用户传输功率和计算资源分配,首先引入新变量 定义其为窄带物联网设备dn接收到的信噪比,其计算公式为:对需要优化的变量进行对数变换,即令 在给定解码排序的情况下,问题P1等效地转换为以下问题P2:受限于:
其中,式中参数定义如下:
N0:加性高斯噪声功率;
用户dn和基站之间的信道增益;
W:所有窄带物联网用户共享的带宽;
3)根据一对一对数变换已将P1问题转换成P2的凸问题,再通过梯度下降算法来优化用户传输功率和计算资源分配的问题,该过程包括如下步骤:步骤3.1:由于问题P2为凸问题,则得到一个拉格朗日函数:其中,式中参数定义如下:
优化参量 的向量表示;
优化参量 的向量表示;
优化参量 的向量表示;
μ,ψ λ:拉格朗日函数乘子系数和向量;
步骤3.2:对于P2问题中的目标函数,令再对该拉格朗日函数求偏导得到以下式子:步骤3.3:利用梯度下降法,得到优化变量的下降方向:经过k次的迭代更新优化变量的值,得到:拉格朗日函数系数通过次梯度法进行更新迭代,得到公式:步骤3.4:随机给定各个参量所需要的参数,即信噪比 传输速率 计算资源(0) (0) (0)以及拉格朗日乘子μ ,ψ , λ ,设置初始迭代次数k=1;
步骤3.5:设定最大容忍误差ε,计算二范数 的值,作为循环的停止条件,更新迭代次数k为k=k+1并重新回到步骤3.3开始新一轮的计算,直到满足终止标准问题P1获得最优解信噪比 速率 计算资源
4)其次针对用户解码排序的优化,采用禁忌搜索算法来优化变量 该过程包括如下步骤:步骤4.1:根据凸优化的参数选定初始可行解 并给出禁忌列表 设置初始迭代次数m=1;
步骤4.2:在第m次迭代中,通过交换第m-1次的排序,即 中任意两个窄带物联网设备的解码排序来生成 在满足禁忌要求的候选集 和T(m-1)中选一个最优的解决方案并记录当前最优的解 更新禁忌列表T(m);
步骤4.3:若满足停止条件,即当 不可解时,则停止计算,否则重复步骤4.2,并更新迭代更新次数m=m+1,最终得到解码排序的最优解