近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法及装置，属于无线通信领域，该方法包括：确定设备卸载分配的当前状态，计算当前状态的系统总成本；对于每个设备，循环遍历将待处理任务在本地处理，卸载至基站或卫星处理的决策结果，并确定所有决策结果中使系统总成本最小的决策结果，从所有设备的决策结果中选取候选决策结果；若候选决策结果的系统总成本小于当前状态的系统总成本，则进行当前状态的更新；重复上述更新过程，直至每个设备的候选决策的系统总成本，均大于当前状态。该方法提出的博弈论决策方法与常用基准方法相比具有优秀的性能，可以极大程度地降低系统能耗，提高任务卸载效率。提高任务卸载效率。提高任务卸载效率。

【技术实现步骤摘要】
近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法及装置


[0001]本专利技术涉及无线通信领域，尤其涉及一种近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法及装置。

技术介绍

[0002]随着物联网、虚拟现实和4K视频传输等新兴应用的空前发展。传统的地面网络已经难以满足全球空天地一体化通信的需求，因为其难以完全覆盖偏远山区和海洋等一些复杂地形。此外，地面网络基础设施易受地震和飓风等自然灾害的破坏，会中断设备通信。
[0003]近年来，随着空间通信网络的发展，卫星技术在商业、民用和军事服务方面都取得了长足的进步，使卫星特别是低轨卫星实现了小型化。目前，已经启动了几个主要的低轨卫星项目，如OneWeb、SpaceX StarLink和O3B，且最新消息表明，SpaceX将与Azure合作，为设备提供全球通信服务。由此可以得出结论，低轨卫星通信网络相比地面移动通信系统具有无可比拟的优势，能够实现全球无缝覆盖，已经成为人类日常生活中不可或缺的一部分。
[0004]另一方面，移动设备(如智能手机和平板电脑)的日益普及催生了许多新式的计算密集型应用，如语音识别、游戏、多媒体编码/解码和智能交通。因此，低轨卫星网络不仅需要为设备提供信道接入，还需要为设备提供各种计算服务支持。一般情况下，由于地面设备的计算和存储资源有限，可以将计算任务卸载到计算资源丰富的地面基站上进行处理。此外，偏远地区和海洋设备在没有地面网络通信基础设施支持的情况下产生的计算任务，只能通过低轨卫星网络上部署的服务器进行处理。然而，受低轨卫星高度的限制，低轨卫星网络中设备的传输时延会相应增加，难以满足地面设备的实时性要求。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法及装置。
[0006]本专利技术提供一种近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法，包括：确定所有设备将待处理任务在本地处理，卸载至基站处理或者卸载至近地轨道卫星处理的初始决策结果，作为当前状态；计算当前状态的所有设备构成系统的总成本；对于每个设备，循环遍历将待处理任务在本地处理，卸载至基站处理或者卸载至近地轨道卫星处理的所有决策结果；确定每个设备的所有决策结果中使系统总成本最小的决策结果，并从所有设备的决策结果中选取一个候选决策结果；若所述候选决策结果对应的系统总成本，小于当前状态的系统总成本，则根据所述候选决策结果对当前状态进行更新；重复上述对于每个设备，循环遍历决策结果，至根据所述候选决策结果对当前状态进行更新的过程，直至每个设备的所有决策结果对应的系统总成本，均不小于当前状态的系统总成本；其中，系统总成本根据所有设备的成本确定；每个设备的本地计算成本根据处理器资源需求确定；每个设备将待处理任务卸载至基站处理或者近地轨道卫星处理的成本，根据对应的传输能耗确定。
[0007]根据本专利技术提供的一种近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法，任意
一个设备选择近地轨道卫星进行任务卸载受到同一信道的其它设备造成的小区内干扰小于预设阈值；任意一个设备选择近地轨道卫星进行任务卸载的总时延小于预设阈值；任意一个设备受到相同基站及其信道的所有设备的小区内功率干扰小于预设阈值；每个基站为覆盖范围内设备提供的计算能力总和，小于每个基站的最大计算能力。
[0008]根据本专利技术提供的一种近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法，还包括根据如下公式计算每个设备的成本：
[0009][0010][0011]其中，h
i
为设备u
i
产生的决策，h
‑
i
表示除u
i
以外其它所有设备的决策；C
i
(h
i
，h
‑
i
)表示设备u
i
的卸载决策h
i
所产生的卸载成本，所产生的卸载成本，分别表示通过近地轨道卫星进行任务卸载的成本、通过地面基站进行任务卸载的成本、选择本地计算产生的成本开销；O
i
(h
i
，h
‑
i
)表示设备u
i
的卸载成本。
[0012]根据本专利技术提供的一种近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法，所述根据如下公式计算每个设备的成本之前，还包括：根据近地轨道卫星卸载的设备总能耗，确定每个设备通过近地轨道卫星进行任务卸载的成本；近地轨道卫星卸载的设备总能耗计算方法，包括：
[0013][0014]其中，D
i
是设备u
i
任务卸载传输过程中的任务数据量大小；为设备u
i
传输任务时的数据速率，m表示卫星m，n表示第n条信道；为设备u
i
通过卫星m的第n条信道卸载任务的发射功率。
[0015]根据本专利技术提供的一种近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法，所述根据如下公式计算每个设备的成本之前，还包括：根据基站卸载的设备总能耗，确定每个设备通过基站进行任务卸载的成本；基站卸载的设备总能耗计算方法包括：
[0016][0017]其中，D
i
是设备u
i
任务卸载传输过程中的任务数据量大小；为设备u
i
传输任务时的数据速率，j表示基站j，k表示第k条信道；为设备u
i
通过基站j的第k条信道卸载任务的发射功率。
[0018]根据本专利技术提供的一种近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法，所述根据如下公式计算每个设备的成本之前，还包括：根据本地计算所产生的设备能耗，确定每个设备在本地计算任务的开销成本；
[0019]本地计算所产生的设备能耗计算方法包括：
[0020][0021]其中，ε表示本地计算能耗因子，根据设备自身的芯片架构确定；X
i
表示任务计算过程中需要的CPU计算周期数；f
iloc
表示设备u
i
自身的计算能力。
[0022]本专利技术提供一种近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载装置，包括：初始分配模块，用于确定所有设备将待处理任务在本地处理，卸载至基站处理或者卸载至近地轨道卫星处理的初始决策结果，作为当前状态；成本确定模块，用于计算当前状态的所有设备构成系统的总成本；第一循环模块，用于对于每个设备，循环遍历将待处理任务在本地处理，卸载至基站处理或者卸载至近地轨道卫星处理的所有决策结果；确定每个设备的所有决策结果中使系统总成本最小的决策结果，并从所有设备的决策结果中选取一个候选决策结果；决策更新模块，用于若所述候选决策结果对应的系统总成本，小于当前状态的系统总成本，则根据所述候选决策结果对当前状态进行更新；第二循环模块，用于重复上述对于每个设备，循环遍历决策结果，至根据所述候选决策结果对当前状态进行更新的过程，直至每个设备的所有决策结果对应的系统总成本，均不小于当前状态的系统总成本；其中，系统总成本根据所有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法，其特征在于，包括：确定所有设备将待处理任务在本地处理，卸载至基站处理或者卸载至近地轨道卫星处理的初始决策结果，作为当前状态；计算当前状态的所有设备构成系统的总成本；对于每个设备，循环遍历将待处理任务在本地处理，卸载至基站处理或者卸载至近地轨道卫星处理的所有决策结果；确定每个设备的所有决策结果中使系统总成本最小的决策结果，并从所有设备的决策结果中选取一个候选决策结果；若所述候选决策结果对应的系统总成本，小于当前状态的系统总成本，则根据所述候选决策结果对当前状态进行更新；重复上述对于每个设备，循环遍历决策结果，至根据所述候选决策结果对当前状态进行更新的过程，直至每个设备的所有决策结果对应的系统总成本，均不小于当前状态的系统总成本；其中，系统总成本根据所有设备的成本确定；每个设备的本地计算成本根据处理器资源需求确定；每个设备将待处理任务卸载至基站处理或者近地轨道卫星处理的成本，根据对应的传输能耗确定。2.根据权利要求1所述的近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法，其特征在于：任意一个设备选择近地轨道卫星进行任务卸载受到同一信道的其它设备造成的小区内干扰小于预设阈值；任意一个设备选择近地轨道卫星进行任务卸载的总时延小于预设阈值；任意一个设备受到相同基站及其信道的所有设备的小区内功率干扰小于预设阈值；每个基站为覆盖范围内设备提供的计算能力总和，小于每个基站的最大计算能力。3.根据权利要求1所述的近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法，其特征在于，还包括根据如下公式计算每个设备的成本：包括根据如下公式计算每个设备的成本：其中，h
i
为设备u
i
产生的决策，h
‑
i
表示除u
i
以外其它所有设备的决策；C
i
(h
i
,h
‑
i
)表示设备u
i
的卸载决策h
i
所产生的卸载成本，所产生的卸载成本，分别表示通过近地轨道卫星进行任务卸载的成本、通过地面基站进行任务卸载的成本、选择本地计算产生的成本开销；O
i
(h
i
,h
‑
i
)表示设备u
i
的卸载成本。4.根据权利要求3所述的近地轨道卫星与地面边缘计算网络的任务卸载方法，其特征在于，所述根据如下公式计算每个设备的成本之前，还包括：根据近地轨道卫星卸载的设备总能耗，确定每个设备通过近地轨道卫星进行任务卸载的成本；
所述近地轨道卫星卸载的设备总能耗计算方法，包括：其中，D
i
是设备u
i
任务卸载传输过程中的任务数据量大小；为设备u
i
传输任务时的数据速率，m表示卫星m，n表示第n条信...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈莹，胡金涛，赵杰，陈昕，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：