无线通信系统的协同任务处理方法及相关装置

技术领域

本申请实施例涉及但不限于无线通信技术领域，尤其涉及一种无线通信系统的协同任务处理方法及相关装置。

背景技术

随着物联网的发展，近年来无线通信系统中的任务处理方法发生了转变，从集中式云计算转向边缘计算。边缘计算的主要特点是将移动计算、网络控制和存储推送到网络边缘，以便在资源有限的移动设备上实现计算密集型和延迟关键型应用。与此同时，由于终端设备自身的计算资源都相对有限，终端设备自身难以满足计算密集型任务的执行需求，因此，需要合理地对终端设备的计算任务规划卸载决策以及计算资源分配。

在相关技术中，针对于无线通信系统的任务处理大都关注于规划计算资源分配，从而在无线通信系统中降低执行任务所需的资源成本，仍然存在由于无线信道环境的不稳定性导致在规划计算资源分配方案的有效性受限，从而造成执行计算任务的能量利用率较低，进而使得执行计算任务的所需的计算资源偏高。

发明内容

为了提高在无线通信系统执行目标任务中，提高执行目标任务的能量利用率，本申请实施例提供了一种无线通信系统的任务协同处理方法及相关装置。

第一方面，本申请实施例提供了一种无线通信系统的任务协同处理方法，所述无线通信系统包括边缘服务器、至少一个终端以及至少一个智能反射面，其中，所述终端用于获取目标任务，所述终端和/或所述边缘服务器用于执行所述目标任务，所述智能反射面用于反射所述终端发出的目标任务到所述边缘服务器；所述方法包括：

在预先构建的与所述无线通信系统对应的无线通信仿真系统中，根据仿真终端和仿真反射面执行仿真任务所需的能量消耗成本，以及所述仿真终端和/或仿真服务器执行仿真任务的任务数据量，构建能量利用率函数，根据所述能量利用率函数生成第一优化目标，并根据第一优化目标构建计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题；

迭代求解所述计算资源分配优化问题、所述反射面调用优化问题以及所述反射面相位优化问题，得到分配策略，所述分配策略包括：任务传输功率分配策略、反向散射时间分配策略、主动传输时间分配策略、反射面相位设计策略、计算频率分配策略、能量收集划分策略以及反射面调用策略；

基于所述分配策略以及所述反射面调用策略对所述目标任务进行分割，生成第一目标任务、第二目标任务和第三目标任务；

将所述计算频率分配策略发送到所述终端，以使得所述终端基于所述计算频率分配策略执行所述第一目标任务；

将所述反向散射时间分配策略和所述能量收集划分策略发送到所述终端，以使得所述终端基于所述反向散射时间分配策略和所述能量收集划分策略，将所述第二目标任务以反向散射的形式传输到所述边缘服务器处执行；

将所述任务传输功率分配策略和所述主动传输时间分配策略发送到所述终端，以使得所述终端基于所述任务传输功率分配策略和所述主动传输时间分配策略，将所述第三目标任务以主动传输的形式传输到所述边缘服务器处执行；

将所述反射面相位设计策略和所述反射面调用策略发送到所述智能反射面，以使得所述智能反射面基于所述反射面相位设计策略和所述反射面调用策略，反射所述终端发出的第二目标任务和/或第三目标任务到所述边缘服务器。

根据本申请的一些实施例，所述仿真终端与所述终端对应，所述仿真服务器与所述边缘服务器对应，所述仿真反射面与所述智能反射面对应，所述仿真任务与所述目标任务对应；所述根据仿真终端和仿真反射面执行仿真任务所需的能量消耗成本，以及所述仿真终端和/或仿真服务器执行仿真任务的任务数据量，构建能量利用率函数，包括：

基于所述仿真终端、所述仿真反射面和所述仿真服务器，构建协同信道模型；其中，协同信道模型包括主要由多个反射面相位设计备选动作组成的反射面相位设计动作组，以及主要由多个反射面调用备选动作组成的反射面调用动作组；

基于所述仿真任务，构建任务传输功率分配动作组、反向散射时间分配动作组、主动传输时间分配动作组以及计算频率分配动作组；其中，所述任务传输功率分配动作组包括多个任务传输功率分配的备选动作，所述反向散射时间分配动作组包括多个反向散射时间分配的备选动作，所述主动传输时间分配动作组包括多个主动传输时间分配的备选动作，所述计算频率分配动作组包括多个计算频率分配的备选动作；

基于所述协同信道模型、所述任务传输功率分配以及所述主动传输时间分配动作组，利用香农公式，得到仿真终端对仿真任务进行主动传输的传输数据量；

基于所述仿真终端、所述仿真反射面、所述仿真服务器以及所述协同信道模型，构建非线性能量收集模型；

基于所述非线性能量收集模型，构建能量收集划分动作组；其中，所述能量收集划分动作组包括多个能量收集划分的备选动作；

基于所述协同信道模型、所述反向散射时间分配动作组以及所述能量收集划分动作组，利用香农公式，得到仿真终端对仿真任务进行反向散射的散射数据量；

基于所述仿真任务和所述计算频率分配动作组，得到仿真终端对仿真任务进行本地执行的本地计算数据量；

根据所述传输数据量、所述散射数据量和所述本地计算数据量，确定所述任务执行数据量，并根据仿真终端和仿真反射面执行仿真任务所需的能量消耗成本，以及所述任务执行数据量，构建能量利用率函数。

根据本申请的一些实施例，所述根据仿真终端和仿真反射面执行仿真任务所需的能量消耗成本，以及所述任务执行数据量，构建能量利用率函数，包括：

基于所述任务传输功率分配动作组、所述反向散射时间分配动作组、所述主动传输时间分配动作组、所述计算频率分配动作组以及所述反射面调用动作组，确定所述能量消耗成本；

根据所述任务执行数据量与所述能量消耗成本之间的比值，生成能量利用率函数。

根据本申请的一些实施例，所述根据第一优化目标构建计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题，包括：

根据所述任务传输功率分配动作组、所述反向散射时间分配动作组、所述主动传输时间分配动作组、所述计算频率分配动作组以及所述能量收集划分动作组，构建第一优化变量；

根据所述反射面调用动作组，构建第二优化变量；

根据所述反射面相位设计动作组，构建第三优化变量；

根据所述第一优化目标、所述第一优化变量、所述第二优化变量以及所述第三优化变量构建利用率优化问题；

对利用率优化问题进行松弛处理，并将松弛处理后的利用率优化问题根据所述第一优化变量、所述第二优化变量以及所述第三优化变量进行拆分，得到所述计算资源分配优化问题、所述反射面调用优化问题以及所述反射面相位优化问题。

根据本申请的一些实施例，所述根据所述第一优化目标、所述第一优化变量、所述第二优化变量以及所述第三优化变量构建利用率优化问题，包括：

根据所述仿真终端所需执行的仿真任务的最小数据量，生成任务最小执行约束条件；

根据所述非线性能量收集模型和所述能量消耗成本，生成能量因果约束条件；

根据时隙的最长时间长度，生成执行时间约束条件；

根据所述第一优化目标、所述第一优化变量、所述第二优化变量、所述第三优化变量、所述任务最小执行约束条件、所述能量因果约束条件以及所述执行时间约束条件构建利用率优化问题。

根据本申请的一些实施例，所述迭代求解所述计算资源分配优化问题、所述反射面调用优化问题以及所述反射面相位优化问题，得到分配策略，包括：

生成初始的反射面调用迭代动作和反射面相位设计迭代动作，对所述计算资源分配优化问题、所述反射面调用优化问题以及所述反射面相位优化问题进行迭代求解步骤；

所述迭代求解步骤包括：

根据所述反射面调用迭代动作和所述反射面相位设计迭代动作，利用拉格朗日对偶方法，求解所述计算资源分配优化问题，以更新任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作以及能量收集划分迭代动作；

根据所述任务传输功率分配迭代动作、所述反向散射时间分配迭代动作、所述主动传输时间分配迭代动作、所述计算频率分配迭代动作以及所述能量收集划分迭代动作，利用松弛方法和拉格朗日对偶方法，对所述反射面调用优化问题进行求解，以更新所述反射面调用迭代动作；

根据所述任务传输功率分配迭代动作、所述反向散射时间分配迭代动作、所述主动传输时间分配迭代动作、所述计算频率分配迭代动作以及所述能量收集划分迭代动作，利用连续凸逼近方法，对所述反射面相位优化问题进行求解，以更新所述反射面相位设计迭代动作；

根据所述任务传输功率分配迭代动作、所述反向散射时间分配迭代动作、所述主动传输时间分配迭代动作、所述计算频率分配迭代动作、所述能量收集划分迭代动作、所述反射面调用迭代动作、所述反射面调用迭代动作以及所述第一优化目标，得到迭代增量值；

若所述迭代增量值小于第一预设阈值，则根据所述任务传输功率分配迭代动作、所述反向散射时间分配迭代动作、所述主动传输时间分配迭代动作、所述计算频率分配迭代动作、所述能量收集划分迭代动作、所述反射面调用迭代动作、所述反射面调用迭代动作，生成所述任务传输功率分配策略、所述反向散射时间分配策略、所述主动传输时间分配策略、所述反射面相位设计策略、所述计算频率分配策略、所述能量收集划分策略以及所述反射面调用策略。

根据本申请的一些实施例，所述基于所述分配策略以及所述反射面调用策略对所述目标任务进行分割，生成第一目标任务、第二目标任务和第三目标任务，包括：

基于所述计算频率分配策略和时隙的最长时间长度，计算得到所述终端的预估执行数据量，并根据所述预估执行数据量对目标任务进行分割，得到所述第一目标任务；

基于所述反向散射时间分配策略、所述反射面相位设计策略、所述能量收集划分策略以及所述反射面调用策略，计算得到所述终端以反向散射的形式，传输到所述边缘服务器的预估散射数据量，并根据所述预估散射数据量对目标任务进行分割，得到所述第二目标任务；

基于所述任务传输功率分配策略、所述主动传输时间分配策略、所述反射面相位设计策略以及所述反射面调用策略，计算得到所述终端以主动传输的形式，传输到所述边缘服务器的预估传输数据量，并根据所述预估传输数据量对目标任务进行分割，得到所述第三目标任务。

第二方面，本申请实施例提供了一种无线通信系统，所述系统包括：主服务器、边缘服务器、至少一个终端以及至少一个智能反射面；

所述主服务器用于在预先构建的与所述无线通信系统对应的无线通信仿真系统中，根据仿真终端和仿真反射面执行仿真任务所需的能量消耗成本，以及所述仿真终端和/或仿真服务器执行仿真任务的任务数据量，构建能量利用率函数，根据所述能量利用率函数生成第一优化目标，并根据第一优化目标构建计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题；

所述主服务器还用于迭代求解所述计算资源分配优化问题、所述反射面调用优化问题以及所述反射面相位优化问题，得到任务传输功率分配策略、反向散射时间分配策略、主动传输时间分配策略、反射面相位设计策略、计算频率分配策略、能量收集划分策略以及反射面调用策略；

所述主服务器还用于基于所述任务传输功率分配策略、所述反向散射时间分配策略、所述主动传输时间分配策略、所述反射面相位设计策略、所述计算频率分配策略、所述能量收集划分策略以及所述反射面调用策略对所述目标任务进行分割，生成第一目标任务、第二目标任务和第三目标任务；

所述主服务器还用于将所述计算频率分配策略、所述反向散射时间分配策略、所述能量收集划分策略、所述任务传输功率分配策略和所述主动传输时间分配策略发送到所述终端；

所述主服务器还用于将所述反射面相位设计策略和所述反射面调用策略发送到所述智能反射面；

所述终端用于基于所述计算频率分配策略执行所述第一目标任务；

所述终端还用于基于所述反向散射时间分配策略和所述能量收集划分策略，将所述第二目标任务以反向散射的形式传输到所述边缘服务器；

所述终端还用于基于所述任务传输功率分配策略和所述主动传输时间分配策略，将所述第三目标任务以主动传输的形式传输到所述边缘服务器；

所述智能反射面用于基于所述反射面相位设计策略和所述反射面调用策略，反射所述终端发出的第二目标任务和/或第三目标任务到所述边缘服务器；

所述边缘服务器用于接收并执行所述第二目标任务和第三目标任务。

第三方面，本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的一种无线通信系统的任务协同处理方法。

第四方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：处理器；以及存储器，用于存储所述处理器的可执行指令；

其中，所述处理器配置为经由执行所述可执行指令来执行如第一方面所述的一种无线通信系统的任务协同处理方法。

当执行如第一方面的一种无线通信系统的任务协同处理方法时，通过由在预先构建的与无线通信系统对应的无线通信仿真系统中，根据仿真终端和仿真反射面执行仿真任务所需的能量消耗成本，以及仿真终端和/或仿真服务器执行仿真任务的任务数据量，构建能量利用率函数，根据能量利用率函数生成第一优化目标，并根据第一优化目标构建计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题，然后迭代求解计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题，得到分配策略，再基于分配策略以及反射面调用策略对目标任务进行分割，生成第一目标任务、第二目标任务和第三目标任务，最后将计算频率分配策略、反向散射时间分配策略、能量收集划分策略、任务传输功率分配策略和主动传输时间分配策略发送到终端，同时将反射面相位设计策略和反射面调用策略发送到智能反射面；从而使得终端基于计算频率分配策略执行第一目标任务，并基于反向散射时间分配策略和能量收集划分策略，将第二目标任务以反向散射的形式传输到边缘服务器处执行，同时基于任务传输功率分配策略和主动传输时间分配策略，将第三目标任务以主动传输的形式传输到边缘服务器处执行；此外，还使得智能反射面基于反射面相位设计策略和反射面调用策略，反射终端发出的第二目标任务和/或第三目标任务到边缘服务器；进而在无线通信系统中执行目标任务时，有效地提高能量利用率，以降低执行目标任务的计算资源。

本申请的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，并不构成对本申请技术方案的限制。

图1是本申请一实施例提供的无线通信系统的结构示意图。

图2是本申请又一实施例提供的无线通信系统的任务协同处理方法的流程图。

图3是本申请又一实施例提供的一种迭代求解问题流程图。

图4是本申请又一实施例提供的电子设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中所使用的术语只是为了描述本申请实施例的目的，不是旨在限制本申请。

首先，对本申请中涉及的若干名词进行解析：

边缘计算(Edge Computing)是一种分布式计算模型，它将计算、存储和网络功能从传统的中心化云数据中心转移到离数据源更接近的边缘设备或边缘节点上进行处理。边缘计算的目的是通过在边缘设备上进行数据处理和分析，减少数据传输延迟，提高网络效率和数据安全性。

反向散射(Backscatter)是一种无线通信技术，它利用无线信号的反射来传输信息。其原理是，发送端向接收端发送一个固定频率的无线信号，接收端通过调整自身的天线阻抗，使得一部分信号被反射回发送端。通过改变反射信号的特征，可以传输不同的信息。

在无线通信技术领域中，通过引入反向散射技术，可以实现计算任务的被动卸载。在被动卸载中，移动设备可以利用反向散射技术将一部分通信流量转移到其他设备上进行处理，从而减轻自身的负载。这可以通过将移动设备的通信信号反射到其他设备上，由其他设备来处理和转发通信流量。被动卸载可以应用于移动通信网络中的热点区域、高密度区域或者网络流量较大的区域，以减轻网络基站的负载压力，提高整体网络容量和性能。

智能反射面是一种利用反射技术和智能控制的表面材料或装置，可以根据外部条件或控制信号来调整其反射特性。通过改变反射面的形态、结构或材料性质，可以实现对入射光线的反射方向、角度、强度等参数的精确控制。

随着物联网的发展，近年来无线通信系统中的任务处理方法发生了转变，从集中式云计算转向边缘计算。边缘计算的主要特点是将移动计算、网络控制和存储推送到网络边缘，以便在资源有限的移动设备上实现计算密集型和延迟关键型应用。与此同时，由于终端设备自身的计算资源都相对有限，终端设备自身难以满足计算密集型任务的执行需求，因此，需要合理地对终端设备的计算任务规划卸载决策以及计算资源分配。

在相关技术中，针对于无线通信系统的任务处理大都关注于规划计算资源分配，从而在无线通信系统中降低执行任务所需的资源成本，仍然存在由于无线信道环境的不稳定性导致在规划计算资源分配方案的有效性受限，从而造成执行计算任务的能量利用率较低，进而使得执行计算任务的所需的计算资源偏高。

为了提高在无线通信系统执行目标任务中，提高执行目标任务的能量利用率，本申请实施例提供了一种无线通信系统的任务协同处理方法及相关装置。通过由在预先构建的与无线通信系统对应的无线通信仿真系统中，根据仿真终端和仿真反射面执行仿真任务所需的能量消耗成本，以及仿真终端和/或仿真服务器执行仿真任务的任务数据量，构建能量利用率函数，根据能量利用率函数生成第一优化目标，并根据第一优化目标构建计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题，然后迭代求解计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题，得到分配策略，再基于分配策略以及反射面调用策略对目标任务进行分割，生成第一目标任务、第二目标任务和第三目标任务，最后将计算频率分配策略、反向散射时间分配策略、能量收集划分策略、任务传输功率分配策略和主动传输时间分配策略发送到终端，同时将反射面相位设计策略和反射面调用策略发送到智能反射面；从而使得终端基于计算频率分配策略执行第一目标任务，并基于反向散射时间分配策略和能量收集划分策略，将第二目标任务以反向散射的形式传输到边缘服务器处执行，同时基于任务传输功率分配策略和主动传输时间分配策略，将第三目标任务以主动传输的形式传输到边缘服务器处执行；此外，还使得智能反射面基于反射面相位设计策略和反射面调用策略，反射终端发出的第二目标任务和/或第三目标任务到边缘服务器；进而在无线通信系统中执行目标任务时，有效地提高能量利用率，以降低执行目标任务的计算资源。本申请实施例提供的一种无线通信系统的任务协同处理方法及相关设备，具体通过如下实施例进行说明。

首先描述本申请实施例中任务执行方法所应用的一种无线通信系统。参照图1，为本申请实施例中提供的一种无线通信系统的结构示意图。

在一实施例中，该无线通信系统中包括一个主服务器110、边缘服务器120、至少一个终端130以及至少一个智能反射面140。其中，终端130用于获取目标任务，终端130和/或边缘服务器120用于执行目标任务，智能反射面140用于反射终端130发出的目标任务到边缘服务器120处。其中，终端130和边缘服务器120之间可以实现无线通信。可以理解的是，无线通信是一种通过无线电波或红外线等无线介质传输信息的通信方式。相比有线通信，无线通信具有灵活性高、便捷性强的特点，可以在无需物理连接的情况下进行信息传输。

在一些实施例中，主服务器110可以是独立的服务器，也可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。

在一些实施例中，边缘服务器120是指一种位于网络边缘的服务器设备或系统，用于提供边缘计算、边缘存储和边缘网络服务等功能；边缘服务器可以是位于终端周边且可提供计算资源的独立服务器，也可以是位于某一终端附近的其他可提供计算资源的另一终端。多个边缘服务器可以为同一个终端提供任务协作处理。

在一些实施例中，可以理解的是，至少一个终端130指的是可以是一个终端也可以是多个终端，同样可以是图一所示的两个终端。在一些实施例中，终端可以是智能节点、智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机或者智能手表等。

基于上述无线通信系统，下面结合附图2-4，进一步阐述本申请实施例中的一种无线通信系统的任务协同处理方法，该任务执行方法应用于无线通信系统中的主服务器。

参照图2，是本申请实施例中应用于主服务器的任务执行方法的流程图，图2中方法可以包括但不限于包括步骤S1000至步骤S7000。同时可以理解的是，本实施例对图2中步骤S1000至步骤S7000的顺序不做具体限定，可以根据实际需求调整步骤顺序或者减少、增加某些步骤。

步骤S1000：在预先构建的与无线通信系统对应的无线通信仿真系统中，根据仿真终端和仿真反射面执行仿真任务所需的能量消耗成本，以及仿真终端和/或仿真服务器执行仿真任务的任务数据量，构建能量利用率函数，根据能量利用率函数生成第一优化目标，并根据第一优化目标构建计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题。

在一些实施例中，为了实现通过数学的形式去描述显示的无线通信系统，从而可以从数学的角度对无线通信系统中的资源调度进行更加合适地调度，进而达到优化无线通信系统性能的目的，需要建立一个与无线通信系统相匹配的无线通信仿真系统。

此外，为了从多角度描述无线通信系统的性能，需要相应地在无线通信仿真系统中构建表征无线通信系统性能的相关性能参数。

在一些实施例中，构建无线通信仿真系统，包括至少一个仿真终端、至少一个仿真反射面以及一个仿真服务器，其中仿真终端与终端对应，仿真服务器与边缘服务器对应，仿真反射面与智能反射面对应，仿真终端处将获取仿真任务，仿真任务与目标任务对应。

在一些实施例中，在无线通信仿真系统中，考虑多个仿真终端和仿真服务器的上行通信系统，对应于在无线通信系统中，部署边缘服务器用于辅助执行在特定区域中终端的目标任务。此外，又由于在一些的实际应用场景中，终端与边缘服务器之间的信道链路由于距离远或受遮挡的影响，将出现一些信道链路问题，诸如信道链路质量较差，甚至于无法进行直接的无线通信工作。此时，在无线通信系统中通过部署多个智能反射面，用于反射终端发出的无线信息到边缘服务器，可以有效的解决上述的信道链路问题。可以理解的是，智能反射面可以通过建立额外的无线通信链路，以增强终端与边缘服务器之间的通信链路质量。

在一些实施例中，为了使得仿真反射面的布置更加的灵活，假设仿真反射面与仿真终端之间进行有线连接，从而使得仿真反射面可以直接使用仿真终端处的电池中的能量，以维持自身的运行工作。

在一些实施例中，为了更有效的在无线通信系统执行目标任务中，提高执行目标任务的能量利用率，需要在无线通信仿真系统中建立一个与实际的无线通信系统中相符的能量率利用函数。

因此，在一些实施例中，根据仿真终端和仿真反射面执行仿真任务所需的能量消耗成本，以及仿真终端和/或仿真服务器执行仿真任务的任务数据量，构建能量利用率函数，包括，包括下述步骤S1010至步骤S1080。

步骤S1010：基于仿真终端、仿真反射面和仿真服务器，构建协同信道模型。

其中，协同信道模型包括主要由多个反射面相位设计备选动作组成的反射面相位设计动作组，以及主要由多个反射面调用备选动作组成的反射面调用动作组。

在一些实施例中，每个仿真反射面由M个反射元件组成。可以理解的是，由于反射元件之间的间距和每个反射元件的大小均远小于仿真反射面到仿真终端的通信距离、也均远小于仿真反射面到仿真服务器的通信距离，因此，所有反射元件的位置可视为相同。此外，仿真反射面的参数可分为三个部分，分别为仿真反射面所处的位置参数、仿真反射面中每个反射元件的反射相位以及反射幅度。其中，将所有反射元件的反射幅度固定为1。

在一些实施例中，在无线通信仿真系统中，设置数量为L的仿真反射面，设置数量为K的仿真终端，并利用时分复用技术，对每个仿真终端的传输链路进分配，即每个仿真终端依次发出仿真任务到仿真服务器。可以理解的，对于每个仿真终端的传输仿真任务的过程中，可由多个仿真反射面参与仿真任务的反射。将仿真终端k对应的每个仿真反射面的反射元件的相位建模为θ

其中，c

步骤S1020：基于仿真任务，构建任务传输功率分配动作组、反向散射时间分配动作组、主动传输时间分配动作组以及计算频率分配动作组。

在一些实施例中，任务传输功率分配动作组包括多个任务传输功率分配的备选动作，反向散射时间分配动作组包括多个反向散射时间分配的备选动作，主动传输时间分配动作组包括多个主动传输时间分配的备选动作，计算频率分配动作组包括多个计算频率分配的备选动作。

在一些实施例中，在无线通信仿真系统中，将一个时隙划分为两个阶段。在第一阶段中，基于时分复用协议，每个仿真终端依次进行通过反向散射的形式进行仿真任务的被动卸载到仿真服务器，将仿真终端k进行被动卸载的时间

在一些实施例中，将第二阶段中的仿真终端k进行主动传输时，用于主动卸载的发射功率p

步骤S1030：基于协同信道模型、任务传输功率分配动作组以及主动传输时间分配动作组，利用香农公式，得到仿真终端对仿真任务进行主动传输的传输数据量。

在一些实施例中，基于已构建的协同信道模型、任务传输功率分配动作组p

其中B指仿真终端k与仿真服务器之间的带宽资源。

步骤S1040：基于仿真终端、仿真反射面、仿真服务器以及协同信道模型，构建非线性能量收集模型。

在一些实施例中，多个仿真反射面不仅可用于反射仿真终端发出的仿真任务到仿真服务器，还可以用于反射仿真服务器发出的射频能量信号到仿真终端。因此，基于仿真终端、仿真反射面、仿真服务器以及协同信道模型，份两个部分构建非线性能量收集模型。具体为：第一部分为仿真终端k在进行反向散射中，收集到的能量需要分一定的比例ρ

其中，a

其中，

步骤S1050：基于非线性能量收集模型，构建能量收集划分动作组。

在一些实施例中，将收集能量的第一部分中，仿真终端k在进行反向散射中，所采用的用于被动卸载的能量划分比例ρ

步骤S1060：基于协同信道模型、反向散射时间分配动作组以及能量收集划分动作组，利用香农公式，得到仿真终端对仿真任务进行反向散射的散射数据量。

在一些实施例中，基于协同信道模型、反向散射时间分配动作组

其中β指反向散射的有效系数。

步骤S1070：基于仿真任务和计算频率分配动作组，得到仿真终端对仿真任务进行本地执行的本地计算数据量。

在一些实施例中，基于仿真任务和计算频率分配动作组f

步骤S1080：根据传输数据量、散射数据量和本地计算数据量，确定任务执行数据量，并根据仿真终端和仿真反射面执行仿真任务所需的能量消耗成本，以及任务执行数据量，构建能量利用率函数。

在一些实施例中，为了更有效的在无线通信系统执行目标任务中，提高执行目标任务的能量利用率，需要描述合适的能量消耗函数，再进一步地描述能量利用率函数。

因此，在一些实施例中，根据仿真终端和仿真反射面执行仿真任务所需的能量消耗成本，以及仿真终端和/或仿真服务器执行仿真任务的任务数据量，构建能量利用率函数，包括，包括下述步骤S1081至步骤S1082。

步骤S1081：基于任务传输功率分配动作组、反向散射时间分配动作组、主动传输时间分配动作组、计算频率分配动作组以及反射面调用动作组，确定能量消耗成本。

在一些实施例中，基于任务传输功率分配动作组p

其中，p

步骤S1082：根据任务执行数据量与能量消耗成本之间的比值，生成能量利用率函数。

在一些实施例中，根据任务执行数据量为

在一些实施例中，为了更有效的在无线通信系统执行目标任务中，提高执行目标任务的能量利用率，需要在无线通信仿真系统中建立与实际的无线通信系统中相符的优化问题后，再拆分为各个子优化问题。

因此，在一些实施例中，根据第一优化目标构建计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题，包括下述步骤S1090至步骤S1130。

步骤S1090：根据任务传输功率分配动作组、反向散射时间分配动作组、主动传输时间分配动作组、计算频率分配动作组以及能量收集划分动作组，构建第一优化变量。

在一些实施例中，将任务传输功率分配动作组p

步骤S1100：根据反射面调用动作组，构建第二优化变量。

在一些实施例中，根据反射面调用动作组s

步骤S1110：根据反射面相位设计动作组，构建第三优化变量。

在一些实施例中，根据反射面相位设计动作组θ

步骤S1120：根据第一优化目标、第一优化变量、第二优化变量以及第三优化变量构建利用率优化问题。

在一些实施例中，为了更有效的在无线通信系统执行目标任务中，提高执行目标任务的能量利用率，需要在无线通信仿真系统中建立一个与实际的无线通信系统中相符的优化问题还包括相应的约束条件。

因此，在一些实施例中，根据第一优化目标、第一优化变量、第二优化变量以及第三优化变量构建利用率优化问题，包括，包括下述步骤S1121至步骤S1124。

步骤S1121：根据仿真终端所需执行的仿真任务的最小数据量，生成任务最小执行约束条件。

在一些实施例中，根据仿真终端k所需执行的仿真任务的最小数据量R

步骤S1122：根据非线性能量收集模型和能量消耗成本，生成能量因果约束条件。

在一些实施例中，根据非线性能量收集模型和能量消耗成本E

步骤S1123：根据时隙的最长时间长度，生成执行时间约束条件。

在一些实施例中，根据无线通信仿真系统中，单个时隙的最长时间长度T，生成执行时间约束条件为

步骤S1124：根据第一优化目标、第一优化变量、第二优化变量、第三优化变量、任务最小执行约束条件、能量因果约束条件以及执行时间约束条件构建利用率优化问题。

在一些实施例中，根据第一优化目标、第一优化变量、第二优化变量、第三优化变量、任务最小执行约束条件、能量因果约束条件以及执行时间约束条件，可以进一步地构建利用率优化问题为：

C

C

C

C

C

C

C

C

C

步骤S1130：对利用率优化问题进行松弛处理，并将松弛处理后的利用率优化问题根据第一优化变量、第二优化变量以及第三优化变量进行拆分，得到计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题。

在一些实施例中，由于利用率优化问题一个非线性非凸的优化问题，且又由于高度耦合的变量以及休眠变量的非线性整数性质，所以，利用率优化问题较难求解。因此，将利用率优化问题进行松弛处理，令

C

C

x

C

C

C

C

其中，

/>

在一些实施例中，将松弛处理后的利用率优化问题根据第一优化变量进行拆分，得到计算资源分配优化问题为：

st.P0:C

C

x

在一些实施例中，将松弛处理后的利用率优化问题根据第二优化变量进行拆分，得到反射面调用优化问题为：

C

C

在一些实施例中，将松弛处理后的利用率优化问题根据第三优化变量进行拆分，得到反射面相位优化问题为：

st:|θ

步骤S2000：迭代求解计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题，得到分配策略。

在一些实施例中，分配策略包括：任务传输功率分配策略、反向散射时间分配策略、主动传输时间分配策略、反射面相位设计策略、计算频率分配策略、能量收集划分策略以及反射面调用策略。

在一些实施例中，由于计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题的优化变量相互耦合，很难独立求解，所以需要进行合理的迭代求解。

因此，在一些实施例中，迭代求解计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题，得到分配策略，包括下述步骤S2010至步骤S2020。

步骤S2010：生成初始的反射面调用迭代动作和反射面相位设计迭代动作，对计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题进行迭代求解步骤。

在一些实施例中，迭代求解步骤，包括下述步骤S2011至步骤S2014。

步骤S2011：根据反射面调用迭代动作和反射面相位设计迭代动作，利用拉格朗日对偶方法，求解计算资源分配优化问题，以更新任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作以及能量收集划分迭代动作。

在一些实施例中，在给定反射面调用迭代动作和反射面相位设计迭代动作后，可以利用拉格朗日对偶方法，对计算资源分配优化问题进行求解如下：

接下来对这个拉格朗对偶函数偏导，可得如下闭式解：

/>

又由于

在一些实施例中，对偶函数中对ρ

例如：

可得

对

其中，发现通过式子(18)求导后是一个常数值，可以用单纯形法求解也可以可通过凸优化求解器(如CVX工具)得到。并根据求解的结构更新任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作以及能量收集划分迭代动作。

步骤S2012：根据任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作以及能量收集划分迭代动作，利用松弛方法和拉格朗日对偶方法，对反射面调用优化问题进行求解，以更新反射面调用迭代动作。

在一些实施例中，在给定任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作以及能量收集划分迭代动作后，可以利用松弛方法和拉格朗日对偶方法，对反射面调用优化问题进行求解如下：

/>

C

C

将目标函数中的

C

C

C

将该问题的非凸约束C

其中，

则问题(20)变为如下：

C

C

C

C

C

对上式进行拉格朗对偶处理为：

将上式中开关参数的系数提取出来，可得如下：

当Q

步骤S2013：根据任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作以及能量收集划分迭代动作，利用连续凸逼近方法，对反射面相位优化问题进行求解，以更新反射面相位设计迭代动作。

在一些实施例中，在给定任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作以及能量收集划分迭代动作后，可以利用连续凸逼近方法，对反射面相位优化问题进行求解如下：

st:|θ

其中，

st:|θ

在一些实施例中，问题(25)的目标函数是个非凸函数，为了处理目标函数的非凸性采用连续凸逼近算法处理如下：

/>

则问题P8-2变为如下：

st:|θ

由此可得RIS的相位如下：

并以此更新反射面相位设计迭代动作。

步骤S2014：根据任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作、能量收集划分迭代动作、反射面调用迭代动作、反射面调用迭代动作以及第一优化目标，得到迭代增量值。

在一些实施例中，将任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作、能量收集划分迭代动作、反射面调用迭代动作、反射面调用迭代动作输入第一优化目标中，可以得到迭代增量值，从而判断是否迭代完成。

步骤S2020：若迭代增量值小于第一预设阈值，则根据任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作、能量收集划分迭代动作、反射面调用迭代动作、反射面调用迭代动作，生成任务传输功率分配策略、反向散射时间分配策略、主动传输时间分配策略、反射面相位设计策略、计算频率分配策略、能量收集划分策略以及反射面调用策略。

在一些实施例中，若在一次迭代中，迭代增量值小于第一预设阈值ε，则认定迭代求解完成，并则根据任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作、能量收集划分迭代动作、反射面调用迭代动作、反射面调用迭代动作，生成任务传输功率分配策略、反向散射时间分配策略、主动传输时间分配策略、反射面相位设计策略、计算频率分配策略、能量收集划分策略以及反射面调用策略。

在一些实施例中，参考图3，是本申请实施例提供的一种迭代求解问题流程图，其中迭代求解问题的步骤包括：

1)初始化反射面调用迭代动作、反射面相位设计迭代动作、任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作以及能量收集划分迭代动作，即

2)将反射面调用迭代动作和反射面相位设计迭代动作(即

3)将反射面相位设计迭代动作、任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作以及能量收集划分迭代动作(即

4)将反射面调用迭代动作、任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作以及能量收集划分迭代动作(即

5)将反射面调用迭代动作、反射面相位设计迭代动作、任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作以及能量收集划分迭代动作，输入第一优化目标，并计算得到迭代增量值；

6)迭代数+1(即r＝r+1)；

7)判断迭代增量值是否小于第一预设阈值ε；

8)若迭代增量值不小于第一预设阈值ε，则重新步骤2)至7)；

9)若迭代增量值小于第一预设阈值ε，则根据任务传输功率分配迭代动作、反向散射时间分配迭代动作、主动传输时间分配迭代动作、计算频率分配迭代动作、能量收集划分迭代动作、反射面调用迭代动作、反射面调用迭代动作，生成任务传输功率分配策略、反向散射时间分配策略、主动传输时间分配策略、反射面相位设计策略、计算频率分配策略、能量收集划分策略以及反射面调用策略(即

步骤S3000：基于分配策略以及反射面调用策略对目标任务进行分割，生成第一目标任务、第二目标任务和第三目标任务。

在一些实施例中，基于分配策略以及反射面调用策略对目标任务进行分割，生成第一目标任务、第二目标任务和第三目标任务，包括下述步骤S3010至步骤S3030。

步骤S3010：基于计算频率分配策略和时隙的最长时间长度，计算得到终端的预估执行数据量，并根据预估执行数据量对目标任务进行分割，得到第一目标任务。

步骤S3020：基于反向散射时间分配策略、反射面相位设计策略、能量收集划分策略以及反射面调用策略，计算得到终端以反向散射的形式，传输到边缘服务器的预估散射数据量，并根据预估散射数据量对目标任务进行分割，得到第二目标任务。

步骤S3030：基于任务传输功率分配策略、主动传输时间分配策略、反射面相位设计策略以及反射面调用策略，计算得到终端以主动传输的形式，传输到边缘服务器的预估传输数据量，并根据预估传输数据量对目标任务进行分割，得到第三目标任务。

在一些实施例中，为了在无线通信系统执行目标任务中，提高执行目标任务的能量利用率，主服务器在得到任务传输功率分配策略、反向散射时间分配策略、主动传输时间分配策略、反射面相位设计策略、计算频率分配策略、能量收集划分策略以及反射面调用策略后，将基于计算频率分配策略和时隙的最长时间长度，计算得到终端的预估执行数据量，并根据预估执行数据量对目标任务进行分割，得到第一目标任务，其中第一目标任务为终端需在本地执行的数据量；并基于反向散射时间分配策略、反射面相位设计策略、能量收集划分策略以及反射面调用策略，计算得到终端以反向散射的形式，传输到边缘服务器的预估散射数据量，并根据预估散射数据量对目标任务进行分割，得到第二目标任务；以及基于任务传输功率分配策略、主动传输时间分配策略、反射面相位设计策略以及反射面调用策略，计算得到终端以主动传输的形式，传输到边缘服务器的预估传输数据量，并根据预估传输数据量对目标任务进行分割，得到第三目标任务；其中第二目标任务和第三目标任务都为边缘服务器需执行的数据量。

步骤S4000：将计算频率分配策略发送到终端，以使得终端基于计算频率分配策略执行第一目标任务。

在一些实施例中，为了在无线通信系统执行目标任务中，提高执行目标任务的能量利用率，主服务器将计算频率分配策略发送到终端，以使得终端基于计算频率分配策略执行第一目标任务，从而使得终端在无线通信系统执行目标任务中，提高执行目标任务的能量利用率。

步骤S5000：将反向散射时间分配策略和能量收集划分策略发送到终端，以使得终端基于反向散射时间分配策略和能量收集划分策略，将第二目标任务以反向散射的形式传输到边缘服务器处执行。

步骤S6000：将任务传输功率分配策略和主动传输时间分配策略发送到终端，以使得终端基于任务传输功率分配策略和主动传输时间分配策略，将第三目标任务以主动传输的形式传输到边缘服务器处执行。

在一些实施例中，为了在无线通信系统执行目标任务中，提高执行目标任务的能量利用率，主服务器将反向散射时间分配策略、能量收集划分策略、任务传输功率分配策略和主动传输时间分配策略发送到终端，以使得终端基于反向散射时间分配策略和能量收集划分策略，将第二目标任务以反向散射的形式传输到边缘服务器处执行，同时使得终端基于任务传输功率分配策略和主动传输时间分配策略，将第三目标任务以主动传输的形式传输到边缘服务器处执行，进而在无线通信系统执行目标任务中，提高终端在传输目标任务过程中的能量利用率。

步骤S7000：将反射面相位设计策略和反射面调用策略发送到智能反射面，以使得智能反射面基于反射面相位设计策略和反射面调用策略，反射终端发出的第二目标任务和/或第三目标任务到边缘服务器。

在一些实施例中，为了在无线通信系统执行目标任务中，提高执行目标任务的能量利用率，主服务器将反射面相位设计策略和反射面调用策略发送到智能反射面，以使得智能反射面基于反射面相位设计策略和反射面调用策略，反射终端发出的第二目标任务和/或第三目标任务到边缘服务器，进而在无线通信系统执行目标任务中，提高智能反射面在反射终端发出目标任务到边缘服务器过程中的能量利用率。

本申请实施例还提供一种无线通信系统，可以实现上述无线通信系统的任务协同处理方法，该系统包括：

主服务器、边缘服务器、至少一个终端以及至少一个智能反射面；

用于在预先构建的与无线通信系统对应的无线通信仿真系统中，根据每个时隙内仿真终端传输仿真数据包的传输成功指标和执行仿真任务所需的执行时间成本，构建效用函数，并根据效用函数生成第一优化目标，构建效用优化问题；

主服务器用于在预先构建的与无线通信系统对应的无线通信仿真系统中，根据仿真终端和仿真反射面执行仿真任务所需的能量消耗成本，以及仿真终端和/或仿真服务器执行仿真任务的任务数据量，构建能量利用率函数，根据能量利用率函数生成第一优化目标，并根据第一优化目标构建计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题；

主服务器还用于迭代求解计算资源分配优化问题、反射面调用优化问题以及反射面相位优化问题，得到任务传输功率分配策略、反向散射时间分配策略、主动传输时间分配策略、反射面相位设计策略、计算频率分配策略、能量收集划分策略以及反射面调用策略；

主服务器还用于基于任务传输功率分配策略、反向散射时间分配策略、主动传输时间分配策略、反射面相位设计策略、计算频率分配策略、能量收集划分策略以及反射面调用策略对目标任务进行分割，生成第一目标任务、第二目标任务和第三目标任务；

主服务器还用于将计算频率分配策略、反向散射时间分配策略、能量收集划分策略、任务传输功率分配策略和主动传输时间分配策略发送到终端；

主服务器还用于将反射面相位设计策略和反射面调用策略发送到智能反射面；

终端用于基于计算频率分配策略执行第一目标任务；

终端还用于基于反向散射时间分配策略和能量收集划分策略，将第二目标任务以反向散射的形式传输到边缘服务器；

终端还用于基于任务传输功率分配策略和主动传输时间分配策略，将第三目标任务以主动传输的形式传输到边缘服务器；

智能反射面用于基于反射面相位设计策略和反射面调用策略，反射终端发出的第二目标任务和/或第三目标任务到边缘服务器；

边缘服务器用于接收并执行第二目标任务和第三目标任务。

本实施例的无线通信系统的具体实施方式与上述无线通信系统的任务协同处理方法的具体实施方式基本一致，在此不再赘述。

本申请实施例还提供了一种存储介质，存储介质为计算机可读存储介质，该存储介质存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述无线通信系统的任务协同处理方法。

存储器作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序以及非暂态性计算机可执行程序。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施方式中，存储器可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

本申请实施例还提供了一种电子设备，包括：

至少一个存储器；

至少一个处理器；

至少一个程序；

所述程序被存储在存储器中，处理器执行所述至少一个程序以实现本申请实施上述的无线通信系统的任务协同处理方法。该电子设备可以为包括手机、平板电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，简称PDA)、车载电脑等任意智能终端。

请参阅图4，图4示意了另一实施例的电子设备的硬件结构，电子设备包括：

处理器401，可以采用通用的CPU(CentralProcessingUnit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(ApplicationSpecificIntegratedCircuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本申请实施例所提供的技术方案；

存储器402，可以采用ROM(ReadOnlyMemory，只读存储器)、静态存储设备、动态存储设备或者RAM(RandomAccessMemory，随机存取存储器)等形式实现。存储器402可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器402中，并由处理器401来调用执行本申请实施例的无线通信系统的任务协同处理方法；

输入/输出接口403，用于实现信息输入及输出；

通信接口404，用于实现本设备与其他设备的通信交互，可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信；

总线405，在设备的各个组件(例如处理器401、存储器402、输入/输出接口403和通信接口404)之间传输信息；

其中处理器401、存储器402、输入/输出接口403和通信接口404通过总线405实现彼此之间在设备内部的通信连接。

本申请实施例描述的实施例是为了更加清楚的说明本申请实施例的技术方案，并不构成对于本申请实施例提供的技术方案的限定，本领域技术人员可知，随着技术的演变和新应用场景的出现，本申请实施例提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。

本领域技术人员可以理解的是，图中示出的技术方案并不构成对本申请实施例的限定，可以包括比图示更多或更少的步骤，或者组合某些步骤，或者不同的步骤。

以上参照附图说明了本申请实施例的优选实施例，并非因此局限本申请实施例的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请实施例的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请实施例的权利范围之内。