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专利号: 2025101585415
申请人: 浙江工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种无线供能边缘计算网络中最大化安全计算速率方法,其特征在于:所述无线供能边缘计算网络中最大化安全计算速率方法包括:步骤1、所述无线供能边缘计算网络包括一个基站、个无线设备和一个窃听者,且基站向各无线设备发射无线射频能量为无线设备充电,基站发射人工噪声干扰窃听者对各无线设备的窃听;

步骤2、随机生成 个时隙的无线设备与基站之间的第一信道增益,随机生成 个时隙的各无线设备与窃听者之间的第二信道增益,随机生成 个时隙的基站与窃听者之间的第三信道增益;

步骤3、第一个时隙 内,随机初始化强化学习的第一策略网络 ,以及随机初始化强化学习的第二策略网络 ;

步骤4、建立对应时隙 内,关于第一信道增益、第二信道增益、第三信道增益、预设的卸载决策、所有无线设备的第一卸载时长比例、基站为各无线设备充电的时长比例和基站发射人工噪声的功率矩阵的最大化安全计算速率的目标函数;

其中,所述最大化安全计算速率的目标函数的公式如下:

其中,

其中, 为最大化安全计算速率的目标函数,表示第一信道增益、第二

信道增益和第三信道增益的集合, 为得到的预设的卸载决策的集合,且包含 种卸载决策, 为第 种卸载决策,且包含所有无线设备的卸载决策, 为第 种卸载决策对应的第个无线设备的卸载决策,为所有种卸载决策对应的所有无线设备的第一卸载时长比例的集合,为第种卸载决策对应的所有无线设备的第一卸载时长比例的集合, 为第 种卸载决策对应的第 个无线设备的第一卸载时长比例,为所有种卸载决策对应的基站为所有无线设备充电的时长比例的集合, 为第 种卸载决策对应的基站为所有无线设备充电的时长比例,且 的取值范围为 ,为基站发射人工噪声的功率矩阵,为各无线通信设备处理一比特位数据所需的周期数,为无线设备的能量捕获效率,为基站发射的无线射频能量的功率, 为第 个无线设备到基站的信道增益, 为各无线设备的计算效率,为基站到各无线设备的带宽, 为各无线设备卸载任务的通信开销, 为第 个无线设备到基站的信噪比, 为第 个无线设备到窃听者的信噪比;

步骤5、将各无线设备对应时隙 内的第一信道增益输入至第一策略网络 ,得到各无线设备对应时隙 内的卸载概率,对各无线设备对应时隙 内的卸载概率进行预处理求解得到对应时隙 内预设的卸载决策;

步骤6、将各无线设备对应时隙 内的第一信道增益输入至第二策略网络 ,得到对应时隙 内第二策略网络 关于各无线设备的输出,根据对应时隙 内第二策略网络 关于各无线设备的输出和卸载决策计算得到对应时隙 内各无线设备之间的第二卸载时长比例;

步骤7、求解得到对应时隙 内基站为无线设备充电的最优时长比例,并根据对应时隙内第二卸载时长比例和基站为无线设备充电的最优时长比例,求解得到所有无线设备的第一卸载时长比例;

步骤8、根据对应时隙 内第一信道增益、第二信道增益、第三信道增益和基站发射人工噪声的功率矩阵,以及求解得到的对应时隙 内卸载决策、所有无线设备的第一卸载时长比例和最优充电时长比例,对目标函数进行计算得到对应时隙 内的最终的最大化安全计算速率 ;

步骤9、对第一策略网络 和第二策略网络 进行更新,将更新后的各策略网络作为下一个时隙的策略网络,进入下一时隙,重复步骤4‑步骤9,进而得到 个时隙的最终的最大化安全计算速率。

2.如权利要求1所述的无线供能边缘计算网络中最大化安全计算速率方法,其特征在于:所述卸载概率包括留在本地无线设备上的概率和卸载至基站的概率。

3.如权利要求2所述的无线供能边缘计算网络中最大化安全计算速率方法,其特征在于:对各无线设备的卸载概率进行预处理得到预设的卸载决策,包括:对各无线设备的卸载概率进行归一化处理,然后对归一化后的各卸载概率依次进行次随机采样得到 种所有无线设备的采样概率,且采样概率为留在本地无线设备上归一化后的概率或卸载至基站归一化后的概率;

当随机采样得到留在本地无线设备上归一化后的概率,则对应无线设备的卸载决策为留在本地无线设备,且 ,当随机采样得到卸载至基站归一化后的概率,则对应无线设备的卸载决策为卸载至基站,且 1。

4.如权利要求1所述的无线供能边缘计算网络中最大化安全计算速率方法,其特征在于:所述第二策略网络 关于各无线设备的输出集合表示为,其中 表示第二策略网络 关于第 个无线设备的输出。

5.如权利要求3所述的无线供能边缘计算网络中最大化安全计算速率方法,其特征在于:根据第二策略网络 关于各无线设备的输出和卸载决策计算得到各无线设备之间的第二卸载时长比例,包括:遍历每种卸载决策,将卸载决策 中各无线设备的卸载决策分别与第二策略网络 关于各无线设备的输出一一对应进行点乘,并将点乘后的结果进行归一化得到各无线设备之间的第二卸载时长比例,且表示为 ,其中, 为第种卸载决策对应的所有无线设备的第二卸载时长比例的集合, 为第 种卸载决策对应的第 个无线设备的第二卸载时长比例。

6.如权利要求5所述的无线供能边缘计算网络中最大化安全计算速率方法,其特征在于:对于每种卸载决策,在时隙 内,基站为所有无线设备充电,充电完成后,剩余时间内各无线设备依次按照预设的卸载决策进行卸载,即各无线设备的第一卸载时长比例与基站为所有无线设备充电的时长比例,满足如下关系:;

则对于每种卸载决策,所有无线设备按照预设的卸载决策进行卸载的总时长为;

将各无线设备之间的第二卸载时长比例乘总时长 得到各无线设备的卸载时长,计算公式如下:;

即,

7.如权利要求6所述的无线供能边缘计算网络中最大化安全计算速率方法,其特征在于:所述求解得到对应时隙 内基站为无线设备充电的最优时长比例,并根据对应时隙 内第二卸载时长比例和基站为无线设备充电的最优时长比例,求解得到所有无线设备的第一卸载时长比例,包括:对于各种卸载决策 ,当所有无线设备的卸载决策均为留在本地无线设备,即所有的为0时,最大化安全计算速率的目标函数只与基站为无线设备充电的时长比例 有关,并且是关于 的单调递增函数,因此最优的 ;

对于各种卸载决策 ,当所有无线设备中至少一个无线设备的卸载决策为卸载至基站,即至少一个 为1时,则最大化安全计算速率的目标函数转换为 :;

此时,对于各卸载决策 ,目标函数 中只有 为未知数,通过二分法求得最优的使得 为最大值,进而得到各种卸载决策 下基站为无线设备充电的最优时长比例 ;

再根据公式 ,得到各种卸载决策 下各无线设备的第一卸载时长比

例 。

8.如权利要求7所述的无线供能边缘计算网络中最大化安全计算速率方法,其特征在于:所述根据对应时隙 内第一信道增益、第二信道增益、第三信道增益和基站发射人工噪声的功率矩阵,以及求解得到的对应时隙 内卸载决策、所有无线设备的第一卸载时长比例和最优充电时长比例,对目标函数进行计算得到对应时隙 内的最终的最大化安全计算速率 ,包括:根据对应时隙 内第一信道增益、第二信道增益、第三信道增益和基站发射人工噪声的功率矩阵,以及求解得到的对应时隙 内的各卸载决策 、所有无线设备的第一卸载时长比例 和各最优充电时长比例 ,对目标函数进行计算得到对应时隙 内与各卸载决策 对应的最大化安全计算速率,并从所有最大化安全计算速率中选择最大值,作为对应时隙 内最终的最大化安全计算速率 。

9.如权利要求1所述的无线供能边缘计算网络中最大化安全计算速率方法,其特征在于:所述无线供能边缘计算网络中最大化安全计算速率方法还包括对第一策略网络 的参数进行复制,得到基准网络 ,且基准网络 每隔预设时隙更新一次,其中,更新基准网络 时,将对应时隙的第一策略网络 的参数进行复制,得到对应的基准网络;

将第一策略网络 替换为基准网络 ,并按照步骤5‑步骤8执行,得到对应的最大化安全计算速率 ,并且在对基准网络 输出的各卸载概率进行预处理时,对归一化后的基准网络 输出的各卸载概率进行一次随机采样,得到基准网络 对应的一种采样概率;

通过 和 对第一策略网络 和第二策略网络 进行更新,且第一策略网络更新的表达式为: ,其中, 为更新

后的第一策略网络, 为第一策略网络 的学习率, 为第一策略网络 的策略网络函数, 为第一策略网络 输出的动作,第二策略网络 更新的表达式为:,其中, 为更新后的第二策略网络,

为第二策略网络 的学习率, 为第二策略网络 的策略网络函数, 为第二策略网络 输出的动作。