基于多载波非正交多址接入的协作移动边缘计算系统优化研究

摘要

文章研究了基于多载波非正交多址接入(Multicarrier Non-Orthogonal Multiple Access, MC-NOMA)的协作移动边缘计算系统，该系统由一个用户端、一个协作节点与一个配备边缘计算服务器的接入点(Access Point, AP)组成，旨在给定任务执行时延约束下，最小化用户端与协作节点的通信与计算能耗。为此，首先提出一种新颖的MEC协议，使用户端和协作节点充分利用MC-NOMA技术以高频谱效率的方式进行任务卸载；然后在该协议下，建立系统优化问题，联合优化任务卸载时间与计算时间分配、子载波分配、各个子载波的发射功率分配、任务划分和MEC服务器CPU频率。该问题是一个非凸的混合整数规划问题，求解颇具挑战性。通过利用代数变换、大M表达法、分层优化、连续凸近似和黄金分割法，对该问题进行求解，从而提出一种高效的系统优化算法。仿真结果表明，与已有的仅采用多载波技术研究方案相比，采用MC-NOMA技术可节省50%～60%的能耗。

关键词

移动边缘计算 / 协作通信 / 非正交多址接入 / 多载波传输 / 凸优化

基金资助

国家自然科学基金资助项目(61902098,61872084); 大学生创新训练资助项目(202111078006)