清華新聞網(wǎng)10月27日電 近期，清華大學(xué)自動(dòng)化系趙千川教授團(tuán)隊(duì)發(fā)表的論文“融合計(jì)算效率與能量利用率的無線供能邊緣計(jì)算系統(tǒng)的最優(yōu)控制（Optimal Control of Wireless Powered Edge Computing System for Balance Between Computation Rate and Energy Harvested）”榮獲“2023年度國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）自動(dòng)化科學(xué)與工程匯刊（T-ASE）最佳論文獎(jiǎng)（IEEE Transactions on Automation Science and EngineeringBestPaper Award）”，且為本年度唯一最佳論文。論文第一作者為自動(dòng)化系2019屆博士畢業(yè)生侯琛，通訊作者為趙千川。
最佳論文獲獎(jiǎng)證書
受生產(chǎn)材料和成本等因素所限，物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）和信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems，CPS）中的現(xiàn)代微型無線設(shè)備（wireless device，WD）多采用容量有限的電池供電，其計(jì)算能力十分有限。幸運(yùn)的是，近些年來，無線功率傳輸技術(shù)（wireless power transfer，WPT）憑借其非接觸式供能的優(yōu)勢(shì)可在不更換WD電池的情況下有效延長(zhǎng)WD的使用壽命，邊緣計(jì)算技術(shù)（edge computing，EC）憑借其在邊緣側(cè)的強(qiáng)大算力可在不擴(kuò)充WD內(nèi)部計(jì)算資源的情況下有效提升WD的計(jì)算能力。二者有機(jī)結(jié)合催生出的無線供能邊緣計(jì)算系統(tǒng)（wireless powered edge computing system，WPECS，如圖2所示）被視為提升WD計(jì)算性能的新希望。然而，無線能量傳輸信道通常面臨信道衰減的問題，無線供能時(shí)間通常面臨WD參數(shù)差異化的問題，WD的計(jì)算模式?jīng)Q策通常面臨指數(shù)爆炸的問題。除此之外，在環(huán)境干擾等不確定因素的影響下，這些問題之間還存難以解耦的隨機(jī)耦合，嚴(yán)重制約了WPECS的性能。因此，如何保證WPECS的低能耗和高性能計(jì)算特性是推廣其應(yīng)用亟需解決的問題。
具備多無線通信單元的無線供能邊緣計(jì)算系統(tǒng)
針對(duì)上述問題，該論文提出了無線能量傳輸信道調(diào)控、計(jì)算資源分配、計(jì)算模式?jīng)Q策的聯(lián)合優(yōu)化框架。其主要貢獻(xiàn)為：首先，將近似無限時(shí)間里的隨機(jī)馬爾可夫信道調(diào)控問題等價(jià)轉(zhuǎn)化成有限狀態(tài)下的線性規(guī)劃問題，將決策空間從近似無限空間大幅壓縮至有限空間；其次，在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)求出了最優(yōu)信道調(diào)控策略、資源分配策略和任務(wù)計(jì)算模式，從而在無線供能滿足要求的條件下最大化邊緣計(jì)算系統(tǒng)的計(jì)算速率；最后，在所提理論的基礎(chǔ)上提出了邊緣計(jì)算速率最大化方法。理論分析和實(shí)驗(yàn)共同驗(yàn)證了理論的正確性和方法的有效性。
國(guó)際電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）自動(dòng)化科學(xué)與工程匯刊（T-ASE）是由IEEE國(guó)際機(jī)器人與自動(dòng)化學(xué)會(huì)（IEEE Robotics and Automation Society，IEEERAS）主辦的國(guó)際智能控制與優(yōu)化領(lǐng)域的頂級(jí)期刊。該期刊的年度最佳論文獎(jiǎng)自2004年設(shè)立，至今已有20年歷史，旨在授予技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯、創(chuàng)新性強(qiáng)、行業(yè)潛在影響力大、表述清晰、應(yīng)用價(jià)值大的論文。
論文鏈接：
https://ieeexplore.ieee.org/document/9802936
供稿：自動(dòng)化系
編輯：李華山
審核：郭玲
