[发明专利]一种智能电网供电系统的计算卸载与资源分配方法

权利要求书

1.一种智能电网供电系统的计算卸载与资源分配方法，其特征在于，其步骤如下：

步骤一：搭建无线供电移动边缘计算系统模型，包括N个天线阵列的BS和K个单天线用户集，每个用户k在相干时间T内计算L_k位输入数据，BS连接到电网，向分布式用户广播无线能量，其中，

步骤二：在用户时延限制下，以BS的传输功率和实时能量需求的总和的最小值为目标构建目标函数，并给出目标函数的约束条件；

步骤三：在完备信道状态信息情况下，目标函数的约束条件为凸约束条件，利用标准凸优化技术求得目标函数的最优解；

步骤四：在非完备信道状态信息情况下，通过引入辅助变量将目标函数的约束条件转化为凸约束条件，再利用标准凸优化技术和迭代方法求得目标函数的最优解。

2.根据权利要求1所述的智能电网供电系统的计算卸载与资源分配方法，其特征在于，所述目标函数为：

所述目标函数的约束条件为：

其中，表示BS的传输功率，B^real表示实时能量需求，P_k为用户k的卸载功率，P^max表示用户处的最大传输功率，P^ET,max表示BS的最大传输功率，α_k代表用户k的卸载数据比例，R_k为用户k处可实现的卸载数据速率，c表示用户数据的计算复杂度，P_L表示本地执行的每周期的能耗，μ表示能量转换效率，表示发射功率，c_k表示在用户k处执行一个输入比特位所需的CPU周期数，F_k表示用户k的计算能力，P_c表示云上执行的每周期的能耗，P^circuit表示非传输硬件电路的功耗，E表示BS处收集的能源功率，B^ahead表示当前已向电网购买的能源，S表示多余的卖给电网的能源。

3.根据权利要求2所述的智能电网供电系统的计算卸载与资源分配方法，其特征在于，在完备信道状态信息情况下，利用标准凸优化技术求得目标函数的最优解的方法为：

在完备信道状态信息情况下，线性检测器矩阵由V＝H^H(HH^H)^-1决定，用户k的归一化有效信道增益表示为其中，V(k)为V的第k行，H_k为H的第k列，σ²为噪声功率，H∈Ξ^N×K表示用户与基站之间的整体信道矩阵，信道矩阵的各元素建模为g_nk表示小尺度衰落系数，β_k表示大尺度衰落系数，因此，得到用户k处可实现的卸载数据速率为：

R_k＝Blog₂(1+P_kh_k) (2)；

BS分配给用户k的归一化预编码向量为其中，设s_k∈Ξ表示用户k的零均值单位方差的能量信号，则对应的接收信号可表示为：

其中，表示BS给用户k的发射功率，n_k表示加性高斯白噪声，表示BS给用户k'的发射功率，w_k′表示BS分配给用户k'的归一化预编码向量，s_k′表示用户k'的零均值单位方差的能量信号；

根据式(2)和式(4)将式(6d)和(6e)分别转化为：

其中，B表示用户传输带宽；

首先将式(7a)改写为α_kL_k-TBlog₂(1+P_kh_k)≤0；当α_kL_k-TB log₂(1+P_kh_k)＝0成立时，得到P_k的最小值

结合式(6b)和(7a)，可以得到最优的P_k为由式(6g)可知，当等式成立时，得到最小的B^real；

如果式(7b)改写为为了得到更小的首先最小化：

通过拉格朗日对偶方法对式(9)进行求解得到其最优解，将部分拉格朗日量表示为：

其中，λ_k是与α_k≤1相关的非负拉格朗日乘子，v_k是与相关的非负拉格朗日乘子，由于式(10)是凸优化函数，并且式(10)满足Salterars条件，对偶间隙为零，因此，通过求解式(11)的对偶问题，得到式(10)的最优解：

基于KKT条件，最优原对偶点(α_k,λ_k,v_k)的充要条件是：

其中，表示最优的卸载数据比例，和均表示非负的拉格朗日乘子；

式(12c)表示互补松弛条件，式(12c)的左侧项是L_k相对的一阶导数，由式(12c)和(12d)可以直接得出：

根据式(13)，可得：

利用标准凸优化技术进行求解，可以得到的最优解。