D2D边缘网络中的最小开销波束成形与资源分配

设备到设备（D2D）通信有望成为边缘网络大规模分布式计算的关键使能技术。提供此能力的一个关键挑战是，需要明智地管理边缘存在的异构通信和计算资源以满足处理需求。在本文中，我们开发了一种优化方法，该方法联合考虑网络拓扑以及设备和网络资源分配，以最小化总的D2D开销，我们用量化任务处理所需的时间和能量来量化该开销。我们模型中的变量包括任务分配、CPU分配、子信道选择以及针对多输入多输出（MIMO）无线设备的波束成形设计。我们提出两种方法来解决由此产生的非凸混合整数规划问题：半穷举搜索优化，它代表了获取最优解的“尽力而为”尝试；以及高效的交替优化，它在计算上更高效。作为这两种方法的一个组成部分，我们开发了一种新颖的协调波束成形算法，并证明该算法能为一个常见的接收器特性获得最优波束成形器。通过数值实验，我们发现与本地计算和部分优化方法相比，我们的方法在网络开销方面产生了显著的改进，这验证了我们的联合优化方法。此外，我们发现高效的交替优化能很好地随节点数量扩展，因此可以成为大规模网络中D2D计算的实用解决方案。