面向MEC任务主动迁移的天地融合网络3C资源调度方法技术

本发明专利技术公开了面向MEC任务主动迁移的天地融合网络3C资源调度方法，首先用户通过与LEO卫星的直连通信链路，直接将任务上传至LEO卫星节点，同时将任务信息与上传卫星信息发送至地面控制站；卫星侧MEC节点实时感知邻近卫星节点的资源状态与任务状态，通过对本节点任务优先级判断与排序，决定该任务于本地处理或迁移至其他节点处理；卫星节点任务处理完成后，将结果从最短路由交还至用户侧。能够在LEO卫星节点计算存储资源有限的情况下，尽可能地处理完成并成功交付用户任务，提高任务处理量，降低任务处理时延，提高用户使用体验，具有资源利用率高、处理时延低、通用性高、复杂度低的特点。特点。特点。

【技术实现步骤摘要】
面向MEC任务主动迁移的天地融合网络3C资源调度方法


[0001]本专利技术涉及天地融合网络卫星通信
，具体涉及一种面向MEC任务主动迁移的天地融合网络3C资源调度方法。

技术介绍

[0002]随着卫星通信技术的不断发展，构建天地融合网络势在必行，天地融合组网技术是实现网络互联和信息传输的关键。由于当前地面网络无法实现对全球海陆地区的全覆盖，一些偏远地区(海洋、荒漠等)网络覆盖率低且网络覆盖成本过高，而卫星网络利用其高空优势，能够为地面网络进行有效的服务补充，从而实现更高的网络覆盖率，世界各国都已将通信体系的构建重心转移到天地融合网络的建设之中。
[0003]在新型低轨卫星星座的建设环节中，美国SpaceX公司的Starlink计划已进入大规模密集部署阶段，英国OneWeb公司的“一网”星座已发射3批共74个卫星节点，我国也已发射“鸿雁”“虹云”“天象”等验证卫星，全球范围内现已出现多种实现或计划实现星地组网功能的低轨卫星星座。这些新兴低轨卫星星座的首要特点便是实现了卫星间超高速通信，能够利用更低的成本为用户提供更高质量、低时延的网络服务。但随之而来的，现有旧的中心基站维持的通信模式无法满足超高速通信的信息传输需求，因此引入了卫星边缘计算概念。卫星边缘计算即在通信卫星侧设置边缘计算节点，充分利用星上珍贵的计算存储资源，将部分低时延要求任务布置至卫星边缘侧进行计算处理。此做法能够有效减少任务回传次数，降低对星地有限通信带宽的占用，扩大网络覆盖范围，缩短服务响应时间，提升用户使用体验。
[0004]尽管卫星之间的超高速通信能力为边缘计算任务卸载提供了充足的带宽，星地之间的通信资源依旧受限，如何实现地面站对卫星星座边缘计算节点的有效部署控制依旧是一个难题。另外，由于边缘计算节点位于低轨卫星星座，其能携带的计算资源与存储资源有限，如何充分利用有限的计算存储资源最大化任务处理收益，同样是需要重点关注的难题。
[0005]传统低轨卫星(LEO)独立于地面通信网络之外，与地面网络并行发展，受限于星上板载资源有限，故实际发展较为缓慢受限。在边缘计算概念引入其中之后，LEO星座与地面网络融合的新架构也相继被提出，天地融合网络的发展也步入飞速发展的道路。当前天地融合网络架构下，如何针对低轨卫星边缘计算节点进行更为合理的任务处理与卸载方法，以实现合理的资源利用，是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种面向MEC任务主动迁移的天地融合网络3C资源调度方法，能够在卫星节点计算存储资源有限的情况下，尽可能地处理完成并成功交付用户任务，提高任务处理量。
[0007]为达到上述目的，本专利技术的技术方案包括如下步骤：
[0008]步骤一：用户通过与LEO星座中卫星的直连通信链路，将任务直接上传至卫星节
点；卫星提取任务信息，并将任务信息与LEO卫星信息发送给地面控制站。
[0009]步骤二：卫星节点侧MEC服务器实时感知邻近卫星节点的资源状态与任务状态，同时MEC服务器以计算饱和为目的，对本卫星节点任务优先级判断与排序，决定该任务于本卫星节点本地处理或迁移至邻近卫星节点处理。
[0010]步骤三：各卫星边缘计算节点完成任务迁移与任务处理之后，按照最短路由将任务执行结果返还给地面用户。
[0011]进一步地，LEO星座由一组卫星组成，LEO星座表示为S＝{S1,S2,
…
,S
M
}，S1～S
M
为第1至第M台卫星节点；取j＝{1,2,
…
,M}，卫星S
j
上搭载计算能力为C
j
，存储能力为S
j
的边缘计算服务器。
[0012]用户的任务为T＝{T1,T2,
…
,T
N
},，为不可分割任务，取i＝{1,2,
…
,N}，任务T
i
的计算量大小为P
i
，所需存储空间为MS
i
。
[0013]进一步地，步骤二中，MEC服务器以计算饱和为目的，结合对本卫星节点上任务优先级判断与排序，决定任务于本卫星节点本地处理或迁移至邻近卫星节点处理，具体过程为：
[0014]MEC服务器判断当前任务是否能在时延要求内完成，若是则当前任务于本卫星节点处进行本地处理。
[0015]若当前任务不能在时延要求内完成，且当前任务优先级高于设定级别，则提升当前任务的执行顺序，获得重排后的任务执行顺序列表。
[0016]针对重排后的任务执行顺序列表，继续判断当前任务是否能在时延要求内完成，若能则当前任务于本卫星节点处进行本地处理，否则将当前任务迁移至邻近卫星节点处理。
[0017]进一步地，步骤二中，MEC服务器以计算饱和为目的，结合对本卫星节点上任务优先级判断与排序，决定任务于本卫星节点本地处理或迁移至邻近卫星节点处理，具体过程为：
[0018]构建优化问题，设定优化目标为总时延，则以计算饱和为目的，设定如下优化问题：
[0019][0020][0021][0022]其中T
ij
为本卫星节点j执行任务任务T
i
的处理时延；n
j
为第j台卫星MEC节点承载的任务数量；MS
i
为任务T
i
占用存储资源；n
jr
表示当前卫星j正在执行的任务数量；P
i
为任务T
i
的计算量大小；C
rj
和S
rj
分别为当前卫星j的剩余计算资源和剩余存储资源。
[0023]对优化问题进行求解，结合本卫星节点任务优先级判断与排序，决定任务于本卫星节点本地处理或迁移至邻近卫星节点处理，确定满足总时延最小的卸载路径矩阵及对应的最小化的总时延。
[0024]进一步地，对对优化问题进行求解，具体地，采用如下方式：
[0025]S1：初始化如下参数：
[0026]任务T
i
的计算量大小P
i
、任务T
i
占用存储资源MS
i
、任务T
i
的最高要求时延tddl、卫星节点j总的存储资源S
j
、卫星节点j总的计算资源C
j
、评价参数α以及卫星j上初始的任务执行顺序列表。
[0027]S2：判断与是否满足，如果满足进入下一步S3；若不满足，则卫星j没有有足够的资源完成当前任务，当前任务迁移至邻近卫星节点处理。
[0028]S3：针对卫星j上的单一任务T
i
，计算任务T
i
完成时延t
ij
是否满足t
ij
≤t
ddl
，若满足则将任务T
i
评价参数α设置为A，否则将任务T
i
评价参数α本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.面向MEC任务主动迁移的天地融合网络3C资源调度方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：用户通过与LEO星座中卫星的直连通信链路，将任务直接上传至卫星节点；卫星提取任务信息，并将任务信息与LEO卫星信息发送给地面控制站；步骤二：卫星节点侧MEC服务器实时感知邻近卫星节点的资源状态与任务状态，同时所述MEC服务器以计算饱和为目的，对本卫星节点任务优先级判断与排序，决定该任务于本卫星节点本地处理或迁移至邻近卫星节点处理；步骤三：各卫星边缘计算节点完成任务迁移与任务处理之后，按照最短路由将任务执行结果返还给地面用户。2.如权利要求1所述的面向MEC任务主动迁移的天地融合网络3C资源调度方法，其特征在于，所述LEO星座由一组卫星组成，LEO星座表示为S＝{S1,S2,
…
,S
M
}，S1～S
M
为第1至第M台卫星节点；取j＝{1,2,
…
,M}，卫星S
j
上搭载计算能力为C
j
，存储能力为S
j
的边缘计算服务器；用户的任务为T＝{T1,T2,
…
,T
N
},，为不可分割任务，取i＝{1,2,
…
,N}，任务T
i
的计算量大小为P
i
，所需存储空间为MS
i
。3.如权利要求2所述的面向MEC任务主动迁移的天地融合网络3C资源调度方法，其特征在于，所述步骤二中，所述MEC服务器以计算饱和为目的，结合对本卫星节点上任务优先级判断与排序，决定任务于本卫星节点本地处理或迁移至邻近卫星节点处理，具体过程为：所述MEC服务器判断当前任务是否能在时延要求内完成，若是则当前任务于本卫星节点处进行本地处理；若当前任务不能在时延要求内完成，且当前任务优先级高于设定级别，则提升当前任务的执行顺序，获得重排后的任务执行顺序列表；针对重排后的任务执行顺序列表，继续判断当前任务是否能在时延要求内完成，若能则当前任务于本卫星节点处进行本地处理，否则将当前任务迁移至邻近卫星节点处理。4.如权利要求3所述的面向MEC任务主动迁移的天地融合网络3C资源调度方法，其特征在于，所述步骤二中，所述MEC服务器以计算饱和为目的，结合对本卫星节点上任务优先级判断与排序，决定任务于本卫星节点本地处理或迁移至邻近卫星节点处理，具体过程为：构建优化问题，设定优化目标为总时延，则以计算饱和为目的，设定如下优化问题：构建优化问题，设定优化目标为总时延，则以计算饱和为目...

【专利技术属性】
技术研发人员：张婷婷，郭子健，武楠，李彬，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：