【摘 要】
:
随着物联网、5G和人工智能(Artificial Intelligence,AI)的飞速崛起以及高度融合,衍生出了一批又一批基于物联网的新型智能边缘应用(例如,智慧城市、智能安防、无人智能驾驶等)。然而,面对海量零散分布且消耗大量通信计算资源的智能边缘设备,如何提高能效以及创新供能方式成为制约智能边缘发展的瓶颈,如何巧妙联合通讯计算资源设计在降低智能边缘终端设备因模型训练而产生的巨大能耗的同时保证
【基金项目】
:
国家重点研发计划“宽带通信和新型网络”项目,项目名称为基于数据驱动和人工智能的未来新型网络演进,项目编号为2018YFB1800800;
论文部分内容阅读
随着物联网、5G和人工智能(Artificial Intelligence,AI)的飞速崛起以及高度融合,衍生出了一批又一批基于物联网的新型智能边缘应用(例如,智慧城市、智能安防、无人智能驾驶等)。然而,面对海量零散分布且消耗大量通信计算资源的智能边缘设备,如何提高能效以及创新供能方式成为制约智能边缘发展的瓶颈,如何巧妙联合通讯计算资源设计在降低智能边缘终端设备因模型训练而产生的巨大能耗的同时保证模型训练性能(模型训练速度、模型训练准确性),以及解决对于海量智能边缘设备的高效分布式供能困局成为了当前亟待解决的关键性问题。基于此,本论文首先展开基于物联网下边缘联邦学习框架的联合通信计算资源协同优化设计的研究,从最直观的角度,即能效优化的角度,通过降低智能边缘的能量消耗的方法提高智能边缘终端设备的续航能力。其次,由于未来适用于物联网智能边缘场景的复杂多样(如工业自动化、智能农业等),智能边缘所需要的巨大能耗以及一些新应用场景对于能够快速布置供能的新型高性价比的能量供应方式的需求,因此仅仅考虑能耗优化并不能完全解决能量短缺的问题。基于以上考虑,本论文拟在提高能效的基础上,再进行基于无人机辅助的高效无线供能方案的研究,旨在从节能以及供能两个方面着手,实现应对未来的物联网智能边缘的高效资源分配设计。总结本文的主要工作,主要可分为两个方面,如下所示:(1)考虑物联网下边缘终端设备的通信计算的高能效场景,实现基于新兴的“联邦学习”框架下通信计算资源联合优化研究,本论文旨在设计边缘联邦学习框架下系统级的高能效的计算通信资源联合优化方案。该方案能够使得计算/通信资源有限的边缘设备在保证一定模型训练准确性或者模型训练速率的同时自适应依据模型训练任务以及终端设备硬件情况的对各个边缘设备用于模型参数更新的计算资源以及模型参数上传的通信资源进行最优配置。(2)考虑公平性原则下适用于物联网场景的高效能量传输分配策略。面对未来海量分布的低能耗的智能边缘终端设备,本论文通过考虑利用无人机部署的便利性以及无线供能的高效性进行悬停位置设计从而实现最大化最少接受无线的智能边缘终端所接受的能量。该方案创新性地运用了射频地图技术,相较于传统的视距链路以及概率视距链路模型,能够更好地描绘整个无线信道供能状态。同时我们还模拟现实场景下由于卫星定位数据存在误差等因素,只知道地面边缘终端设备的大概位置,最大限度模拟了现实场景下的环境。通过运用鲁棒性优化以及凸优化等方法我们最优化地解决了这一问题,数值仿真实验也验证了我们所提出的方案相较于传统的视距信道模型以及视距概率信道模型极大地提升了无线供能效率。
其他文献
缺陷检测是指在产品图像中定位出缺陷的位置以及识别对应位置缺陷的类别。它是产品生产过程中至关重要的流程,有利于把控产品的质量与及时反映生产过程中存在的问题。复杂纹理图像缺陷检测存在背景复杂、背景图案与缺陷特征信息相近、小面积缺陷等问题,是工业视觉检测的一大难题。因此,对复杂纹理图像缺陷检测方法进行研究,具有一定的科研价值和实用价值。针对复杂纹理图像缺陷检测存在的问题,本文基于深度学习技术围绕缺陷检测
随着物联网技术的快速发展,信息传输过程中诸如个人隐私等数据的安全已然受到严峻威胁,有关信息安全问题的研究也逐渐被越来越多的研究人员关注。密码学作为信息安全的基础,可以保障信息传递过程中的保密性、完整性以及抗攻击性等。哈希算法是密码算法的一种,它是单向散列函数,具有不可逆的特性,借由这种特性哈希算法可以应用于数据的完整性校验、唯一标识和数字签名等场景。近些年,伴随着密码学的发展,哈希算法也发展出了多
交通标志检测技术是高级辅助驾驶和自动驾驶的关键技术,也对智能交通系统的运行起着重要作用。自然场景中交通标志检测存在交通标志目标较小、外界环境复杂多变、干扰因素多等问题;此外,为了保障驾驶出行安全,需要交通标志检测速度快,满足实时行检测的要求。现有解决方法中基于Faster R-CNN等算法检测交通标志时速度慢,基于SSD、YOLO等算法检测交通标志时均值平均精度低。本文针对上述问题提出了基于改进Y
如今,对于全球各国而言,能源短缺均成为亟待解决的难题,严重阻碍了国家整体的发展。而太阳能,作为一种新兴能源,若能够对其实现充分的运用,能够使能源短缺的情况得到一定的缓解,且能够有效减少对环境造成的污染,因此在后续研发方面有着较为广阔的前景。但如何提高太阳能采集效率成为当下热门研究课题。因此研究一种高精度的太阳能追踪控制系统具有重大研究意义。本文主要对太阳能电池板当前在采光率、自动化等方面存在的问题
现如今,伴随计算机科学理论研究和高新技术的飞速发展,以及现实应用需求的增加,算法的性能要求也随之水涨船高。在无监督机器学习领域中,子空间学习方法因其高效性和高可解释性的特点而被广泛运用。国内外学者对无监督子空间学习方法做了许多研究。包括线性子空间学习方法、流形子空间学习方法和低秩子空间学习方法等。其中,低秩子空间学习方法通过引入低秩约束,可以较为完整地保留原始空间中数据点之间的全局结构信息。本文主
随着信息技术持续不断的发展,网络中涌现了大量的多媒体数据,如视频、图片、文本等。面对如此多的数据,用户对检索的需求也发生了改变,人们不再满足单一模态数据的检索,如以文搜文,而更期待不同模态数据间的检索,即跨模态检索。目前,在大数据的背景下实现跨模态检索主要面临的主要问题为:如何关联不同模态的数据以及如何提高检索的效率。经过多年的探索,研究专家提出了基于哈希的跨模特检索方法。这类方法是通过将原始数据
目前大部分学生对人格缺陷这种病态认知不足,发现不及时且治疗意愿低,而缺陷型人格甚至会导致学生出现边缘性心理以及反社会心理,因此及时感知学生的人格是否健康至关重要。高校学生在线生成的数据量急剧增长,这些数据为我们跟踪、分析和预测学生人格提供了前所未有的机会。特别是最近数据挖掘技术的进步,不只从数据上为我们提供了有力支撑,也提供了更科学的分析方法。当前已有许多研究人员进行了人格的相关研究,这些研究可大
无线局域网(Wireless Local Area Network)技术伴随着通信技术的快速发展应用越来越广泛,设备越来越智能,新一代无线局域网标准在2019年启动认证计划。新标准增加OFDMA和MU-MIMO等关键技术,在有限的频带内实现更快的信息吞吐速度和更大用户容量,同时采用复杂的调制技术(1024QAM)来实现较高的频谱利用率和更低网络延迟,但是会使调制信号具有更高的峰均比。高峰均比的信号
随着人工智能技术的蓬勃发展尤其是以深度学习为代表的基础理论与工程实践的突破,智慧城市及安防相关产业也出现了跨越式发展,其中一个重要应用是智能视频监控系统。监控视频中的异常事件检测又是其中一个非常重要但是非常困难的任务,近期已经有非常多的方法被提出来解决这个问题。之前的方法要么只考虑单方面的外观或运动信息,要么仅仅只是在测试阶段直接整合外观和运动信息的决策结果而不考虑这两个模态内在的一致性关联语义。
随着微机电系统(Micro Electro Mechanical System)技术的发展和微机械加速度传感器制造技术的成熟,微机械加速度传感器得以广泛应用于汽车安全控制和自动导航定位系统、机器人轮廓跟踪和运动控制、电子产品防摔和人体行为识别等诸多领域,研究微加速度传感器显得尤为重要。四悬臂梁压电式加速度传感器相较于传统的单臂和双臂结构的压电传感器而言,灵敏度高、稳定性好、横向效应和噪声低,具有动