本发明专利技术公开了一种面向多簇空中计算网络的收发协同方法及系统，属于无线网络中的空中计算领域，首先构建一个多簇空中计算场景，分析空中计算速率的表达式及其关键影响因素；接着，将问题根据物理意义分解为接收波束赋形子问题和传输因子控制子问题；针对接收波束赋形子问题，推导出其闭式解表达式；而针对传输因子控制子问题，则使用连续凸逼近进行求解；然后，采用交替优化算法将上述两个子问题联合求解，获得最优加权和速率；最后，改变系统参数，研究不同参数与加权和计算速率之间的变化关系。本发明专利技术的方案在计算速率方面优于现有方法，并揭示了关键参数对空中计算性能的影响。
【技术实现步骤摘要】
所属的技术人员能够理解，本专利技术的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本专利技术的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“平台”。本专利技术再一个实施例中，提供一种面向多簇空中计算网络的收发协同系统，该系统能够用于实现上述面向多簇空中计算网络的收发协同方法，具体的，该面向多簇空中计算网络的收发协同系统包括布置模块、问题模块、分析模块、优化模块以及输出模块。其中，布置模块，在服务范围部署多个聚合中心，每个聚合中心配备阵列天线为所属的无线设备群提供空中计算服务，形成一个多簇空中计算模型；确定多簇空中计算模型中多簇空中计算加权和速率性能指标；问题模块，将多簇空中计算加权和速率性能指标中耦合的优化变量根据实际的物理意义分解为接收波束赋形子问题和传输因子控制子问题；分析模块，分析接收波束赋形子问题，将整体的优化目标拆分为单个簇的优化目标，根据最优解的梯度条件，得到每个簇最优波束的闭式表达式；分析传输因子控制子问题，松弛优化目标，引入额外辅助变量，对非凸约束进行凸逼近处理，使用凸优化工具求解问题；优化模块，设计交替优化和连续凸逼近算法，重复直到计算速率收敛，获取最优性能指标，分析簇与簇间的干扰；输出模块，更改网络簇规模，天线数量，每个簇的设备数量重新分析不同参数对速率和干扰的影响，实现速率优化。。本专利技术再一个实施例中，提供了一种终端设备，该终端设备包括处理器以及存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器用于执行所述计算机存储介质存储的程序指令。处理器可能是中央处理单元(central processingunit，cpu)，还可以是其他通用处理器、图形处理器(graphics processing unit，gpu)、张量处理器（tensor processing unit，tpu）、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现成可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，其是终端的计算核心以及控制核心，其适于实现一条或一条以上指令，具体适于加载并执行一条或一条以上指令从而实现相应方法流程或相应功能；本专利技术实施例所述的处理器可以用于面向多簇空中计算网络的收发协同方法的操作，包括：在服务范围部署多个聚合中心，每个聚合中心配备阵列天线为所属的无线设备群提供空中计算服务，形成一个多簇空中计算模型；确定多簇空中计算模型中多簇空中计算加权和速率性能指标；将多簇空中计算加权和速率性能指标中耦合的优化变量根据实际的物理意义分解为接收波束赋形子问题和传输因子控制子问题；分析接收波束赋形子问题，将整体的优化目标拆分为单个簇的优化目标，根据最优解的梯度条件，得到每个簇最优波束的闭式表达式；分析传输因子控制子问题，松弛优化目标，引入额外辅助变量，对非凸约束进行凸逼近处理，使用凸优化工具求解问题；设计交替优化和连续凸逼近算法，重复直到计算速率收敛，获取最优性能指标，分析簇与簇间的干扰；更改网络簇规模，天线数量，每个簇的设备数量重新进行分析不同参数对速率和干扰的影响，实现速率优化。请参阅图4，终端设备为计算机设备，该实施例的计算机设备60包括：处理器61、存储器62以及存储在存储器62中并可在处理器61上运行的计算机程序63，该计算机程序63被处理器61执行时实现实施例中的面向多簇空中计算网络的收发协同方法，为避免重复，此处不一一赘述。或者，该计算机程序63被处理器61执行时实现实施例面向多簇空中计算网络的收发协同系统中各模型/单元的功能，为避免重复，此处不一一赘述。计算机设备60可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。计算机设备60可包括，但不仅限于，处理器61、存储器62。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是计算机设备60的示例，并不构成对计算机设备60的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如计算机设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。所称处理器61可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其它通用处理器、图形处理器(graphics processing unit，gpu)、张量处理器（tensorprocessing unit，tpu）、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路(application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmable gate array，fpga)或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。存储器62可以是计算机设备60的内部存储单元，例如计算机设备60的硬盘或内存。存储器62也可以是计算机设备60的外部存储设备，例如计算机设备60上配备的插接式硬盘，智能存储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital,sd)卡，闪存卡(flash card)等。进一步地，存储器62还可以既包括计算机设备60的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器62用于存储计算机程序以及计算机设备所需的其它程序和数据。存储器62还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。请参阅图5，终端设备为电子设备600，电子设备600以通用计算设备的形式表现。电子设备的组件可以包括但不限于：至少一个处理单元610、至少一个存储单元620、连接不同平台组件（包括存储单元620和处理单元610）的总线630、显示单元640等。其中，存储单元存储有程序代码，程序代码可以被处理单元610执行，使得处理单元610执行本说明书上述方法部分中描述的根据本专利技术各种示例性实施方式的步骤。例如，处理单元610可以执行如图2中所示的步骤。存储单元620可以包括易失性存储单元形式的可读介质，例如随机存取存储单元(ram)6201和/或高速缓存存储单元6202，还可以进一步包括只读存储单元(rom)6203。存储单元620还可以包括具有一组(至少一个)程序模块6205的程序/实用工具6204，这样的程序模块6205包括但不限于：操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。总线630可以为表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任一总线结构的局域总线。电子设备600也可以与一个或多个外部设备700(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该电子设备600交互的设备通信，和/或与使得该电子设备600能与一个或多本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种面向多簇空中计算网络的收发协同方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向多簇空中计算网络的收发协同方法，其特征在于，步骤S1中，服务范围内包括N个簇，执行不同的空中计算计算任务，所有簇的集合为={1，2，...，N}；每个簇的中心配备有一个聚合中心；簇i中所有无线设备发送到第k个聚合中心的信号聚合；来自所有簇的聚合信号被传输到第k个聚合中心，并与噪声一起累加，经过接收波束赋形后得到恢复信号，将求和函数作为一个单调函数，得到第k个聚合中心期望接收到的信号。
3.根据权利要求1所述的面向多簇空中计算网络的收发协同方法，其特征在于，步骤S2中，将目标计算函数与实际计算函数之间差异的均方误差作为性能评估指标的一部分，将均方误差表达为计算速率的形式，确定传输功率需要满足功率约束条件，求解各个簇空中计算速率的加权和。
4.根据权利要求3所述的面向多簇空中计算网络的收发协同方法，其特征在于，各个簇空中计算速率的加权和表示为：
5.根据权利要求1所述的面向多簇空中计算网络的收发协同方法，其特征在于，步骤S3中，固定传输因子后得到接收波束赋形子问题如下：
6.根据权利要求1所述的面向多簇空中计算网络的收发协同方法，其特征在于，步骤S4中，每个簇最优波束的闭式表达式为：
7.根据权利要求1所述的面向多簇空中计算网络的收发协同方法，其特征在于，步骤S5中，引入额外辅助变量，对非凸约束进行凸逼近处理，具体为：
8.根据权利要求1所述的面向多簇空中计算网络的收发协同方法，其特征在于，步骤S6中，设计接收波束赋形与传输因子控制联合优化算法；给定随机初始波束和初始传输因子后，对每个簇根据步骤S4求解最优接收波束，根据最优接收波束计算每个簇的均方误差，计算出辅助变量的初始指；
9.根据权利要求1所述的面向多簇空中计算网络的收发协同方法，其特征在于，步骤S7中，首先逐渐增加网络中簇的数量，计算不同簇数量下的加权和计算速率变化趋势；
10.一种面向多簇空中计算网络的收发协同系统，其特征在于，包括：
...
【技术特征摘要】
1.一种面向多簇空中计算网络的收发协同方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向多簇空中计算网络的收发协同方法，其特征在于，步骤s1中，服务范围内包括n个簇，执行不同的空中计算计算任务，所有簇的集合为={1，2，...，n}；每个簇的中心配备有一个聚合中心；簇i中所有无线设备发送到第k个聚合中心的信号聚合；来自所有簇的聚合信号被传输到第k个聚合中心，并与噪声一起累加，经过接收波束赋形后得到恢复信号，将求和函数作为一个单调函数，得到第k个聚合中心期望接收到的信号。
3.根据权利要求1所述的面向多簇空中计算网络的收发协同方法，其特征在于，步骤s2中，将目标计算函数与实际计算函数之间差异的均方误差作为性能评估指标的一部分，将均方误差表达为计算速率的形式，确定传输功率需要满足功率约束条件，求解各个簇空中计算速率的加权和。
4.根据权利要求3所述的面向多簇空中计算网络的收发协同方法，其特征在于，各个簇空中计算速率的加权和表示为：
5.根据权利要...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐晓，肖慧荣，沈超，杜清河，王熠晨，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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