《電子技術(shù)應(yīng)用》
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無(wú)線供電MEC中基于S-PSO的任務(wù)卸載策略研究
電子技術(shù)應(yīng)用
王傳啟，車國(guó)霖
昆明理工大學(xué) 信息工程與自動(dòng)化學(xué)院
摘要： 隨著5G技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入到無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)中，由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備計(jì)算和能量資源有限，將移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）和無(wú)線供電技術(shù)（WPT）集成，可以給移動(dòng)設(shè)備（MD）提供能量和計(jì)算任務(wù)處理服務(wù)。首先構(gòu)建了多用戶設(shè)備多服務(wù)器的任務(wù)卸載模型，然后在粒子群優(yōu)化算法的基礎(chǔ)上，加入Levy飛行策略和改進(jìn)的權(quán)重更新方法，提出了S-PSO算法來(lái)優(yōu)化系統(tǒng)的時(shí)延與能耗，最后仿真結(jié)果表明，S-PSO算法與其他基準(zhǔn)方案相比較，有效降低了系統(tǒng)的時(shí)延與能耗，提高了計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的性能。
中圖分類號(hào)：TN301.6；TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245161
中文引用格式： 王傳啟，車國(guó)霖. 無(wú)線供電MEC中基于S-PSO的任務(wù)卸載策略研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2024，50(8)：60-66.
英文引用格式： Wang Chuanqi，Che Guolin. Research on task offloading strategy based on S-PSO in wireless powered MEC[J]. Application of Electronic Technique，2024，50(8)：60-66.
Research on task offloading strategy based on S-PSO in wireless powered MEC
Wang Chuanqi，Che Guolin
Faculty of Information Engineering and Automation， Kunming University of Science and Technology
Abstract： With the rapid development of 5G technology and the Internet of Things (IoT), a large number of IoT devices are connected to wireless communication networks. Due to the limited computing and energy resources of IoT devices, the integration of Mobile Edge Computing (MEC) and Wireless Power Technology (WPT) can provide energy and computing task processing service for Mobile Device (MD). This article firstly constructs a task offloading model for multi-user devices and multi-servers. Then, based on the particle swarm optimization algorithm, Levy flight strategy and improved weight update method are added to propose the S-PSO algorithm to optimize the system’s latency and energy consumption. Finally, simulation results show that the S-PSO algorithm effectively reduces the system’s latency and energy consumption compared to other benchmark schemes, and improves the performance of the computing network.
Key words : Internet of Things；mobile edge computing；task offloading；S-PSO

引言

目前，隨著5G技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things, IoT）的飛速發(fā)展，移動(dòng)設(shè)備由于能量和計(jì)算能力有限，對(duì)于一些高密集、低時(shí)延要求的計(jì)算任務(wù)，無(wú)法在短時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)的計(jì)算處理[1]。將移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）和無(wú)線供電技術(shù)（WPT）集成，一方面可以給用戶設(shè)備提供能量，另一方面還可以給用戶設(shè)備提供任務(wù)卸載服務(wù)，以及提高移動(dòng)設(shè)備的電池使用壽命[2]。移動(dòng)邊緣計(jì)算通過(guò)將服務(wù)器部署至數(shù)據(jù)源的一側(cè)，可以有效降低傳輸時(shí)延和傳輸能耗，從而為用戶提供更好的服務(wù)[3]。

Ji等人[4]提出了一種用戶協(xié)作方案，將兩個(gè)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為其等效的參數(shù)化減法形式，并通過(guò)兩種有效的優(yōu)化算法提供了相應(yīng)的最優(yōu)解。Wang等人[5]提出了一種最佳資源分配方案，利用拉格朗日對(duì)偶方法，獲得了半封閉形式的最優(yōu)解。朱恩峰等人[6]提出了一種基于改進(jìn)的多目標(biāo)優(yōu)化免疫算法的卸載決策方案，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提卸載決策方案的有效性。朱恩峰等人[7]提出了一種基于改進(jìn)型粒子群優(yōu)化算法的卸載方案，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提方案的良好性能。Li等人[8]提出了一種低復(fù)雜度交替算法，所提出的方案優(yōu)于其他基準(zhǔn)方案。Zheng等人[9]提出了一種基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（DNN）的深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)（DRL）模型，數(shù)值結(jié)果表明，基于DRL的在線卸載算法適用于快衰落的WP-MEC網(wǎng)絡(luò)。Hu等人[10]提出了一種基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的算法，仿真結(jié)果驗(yàn)證了所提出的DDPG-D3QN算法比現(xiàn)有方法具有更好的穩(wěn)定性和更快的收斂速度，并且平均系統(tǒng)服務(wù)成本明顯降低。本文考慮了多服務(wù)器多用戶設(shè)備的無(wú)線供電MEC場(chǎng)景，提出了一種改進(jìn)粒子群優(yōu)化算法（Strengthened Particle Swarm Optimization, S-PSO），S-PSO算法在SPO基礎(chǔ)上加入了Levy飛行策略和改進(jìn)的自適應(yīng)權(quán)重更新方法，增強(qiáng)算法的局部和全局尋優(yōu)能力。所提出的算法對(duì)多服務(wù)器多用戶場(chǎng)景下的無(wú)線供電MEC系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)延和能耗進(jìn)行優(yōu)化。提出的S-PSO算法綜合考慮系統(tǒng)的時(shí)延與能耗，有效降低了任務(wù)卸載時(shí)的系統(tǒng)時(shí)延與能耗。


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作者信息：

王傳啟，車國(guó)霖

（昆明理工大學(xué) 信息工程與自動(dòng)化學(xué)院，云南 昆明 650500）


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