海上移动边缘计算无盲区网络构建方法技术

本发明专利技术属于海上无线通信技术领域，具体涉及一种海上移动边缘计算无盲区网络构建方法，其特征为，1.以大型舰船为核心，融合邻近舰船、舰艇、岛礁基站和浮台基站构建海上边缘计算骨干路由网络，运用无人艇、无人机等无人智能设备灵活部署特点，自主融合构建海上无盲区覆盖网络；2.设计轻量自适应的网络资源融合机制，融合协同节点的计算、存储、网络服务等资源以共享，构建海上移动边缘计算协同服务网络；3.根据协同服务节点的性能特征，设计负载均衡、能量过度消耗规避的协同服务策略，将聚集的业务流迁移至资源有余的协同节点执行，以抑制网络热区效应和空洞，提高网络鲁棒性，延长网络生命周期。生命周期。生命周期。

【技术实现步骤摘要】
海上移动边缘计算无盲区网络构建方法


[0001]本专利技术属于海上无线通信
，具体涉及一种海上移动边缘计算无盲区网络构建方法。

技术介绍

[0002]由于海上气象环境复杂、气候恶劣、岛礁分布稀疏且不均、能源供给受限、施工建设难等因素制约，与陆地相比，海上无线通信技术发展和网络基础建设相对滞后，难以满足日益增长的海上通信业务服务需求。5G、边缘计算等技术的快速发展和应用普及，移动边缘计算(Mobile Edge Computing，MEC)已成为提高海上无线通信服务质量的一种有效方法。但海上环境的特殊性和复杂性，构建海上移动边缘计算网络面临巨大挑战，主要表现为：
[0003]1)海上移动边缘计算网络节点稀疏，普遍存在覆盖盲区：海上岛礁分布稀疏且不均、能源供给、施工条件等限制，通信基站建设困难，网络节点稀疏；海上电磁波存在生折射和散射等，电磁波传播损耗更大，信道衰弱更快，与陆地通信相比，发射相同功率的信号在海上所覆盖的区域更小，能耗更大，普遍存在覆盖盲区。
[0004]2)海上网络系统异构难以融合，资源共享困难：海洋通信网络主本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上移动边缘计算无盲区网络构建方法，其特征在于，包括如下步骤：1)大型舰船根据海域气象环境、舰队航行的方向、航速、路径等，设定目标区域无盲区覆盖网络的范围、覆盖网络节点特征更新周期等参数，发布海上移动边缘计算目标区域网络覆盖指令；2)以大型舰船为中心，设计多层正多边形覆盖策略，以无人智能设备的有效覆盖距离设定正多边形的边长，根据目标区域无盲区覆盖网络的半径，计算覆盖的层数、正多边形边数、相对位置角度等参数，设计节点连接密度优化算法，以最大化网络覆盖为目标，求解最优部署位置；将无人智能设备部署至最优位置，实现海上移动边缘计算网络无盲区覆盖；3)设计连接消冗动态部署策略，发现目标区域已有的可靠覆盖节点如岸基基站、岛礁基站、海上浮台基站、邻近舰船、舰艇等与部署的无人智能设备节点的连接冗余性，消除冗余节点部署；采用信息捎带技术，将网络节点计算能力、存储容量、服务带宽等特征参数附加于数据包头部，共享节点特征属性，在大型舰船中构建网络节点特征数据库周期更新；4)设计服务容量控制的资源引力网络融合策略(Server Capacity Control Resource Attraction for Network Integration in Maritime Mobile Edge Computing，SCC
‑
MEC)，实现网络资源融合与共享，以节点计算能力、存储容量、服务带宽和网络稳定性等特征建模其性能评价模型，融合协同节点性能评价、服务集相似性、通信链路延迟和负载状态等建模协同节点资源吸引力，以簇服务节点的资源吸引力和簇剩余服务容量评价网络节点聚合概率，网络节点根据邻近簇聚合概率聚合构建协同服务簇，实现簇服务容量与规模平衡；簇内协同节点将共享计算、存储和网络带宽资源，构建协同服务池，协同为请求节点提供服务；5)设计热区与空洞抑制的节点协同服务请求策略，基于协同服务节点的性能评价，设定其负载上限和最大协同服务次数阈值，服务请求时根据其实时负载状态、当前周期服务次数，过滤负载过高、服务次数过多的协同服务节点，实现趋优连接规避、节点剩余能量保护，抑制网络热区效应和空洞；6)构建海上边缘计算网络，完成海事传输、计算、存储等网络任务，及时响应海事服务应用；对模型的性能进行评价与分析，在海上移动边缘计算网络中公布，更新网络节点特征数据库。2.根据权利要求1所述的海上移动边缘计算无盲区网络构建方法，其特征在于，步骤2)中，构建多层正多边形的无盲区覆盖策略模型，具体步骤如下：2
‑
1)假设节点的有效覆盖区域描述为以其当前位置为圆心的圆形；设大型舰船为中心节点O，覆盖节点为A
ij
，i为层序号，j为沿逆时针方向的次序号；以点O为中心，取某一方向为极轴，构建极坐标系，设大型舰船的直接覆盖半径为R，OA
11
＝R，无人智能设备有效覆盖半径为r，通常r<R；目标覆盖区域为以O为圆心半径为d的圆形，OP＝d，R<d，待求解的覆盖区域为圆环OAP，表示为：2
‑
2)求解第1层覆盖节点部署位置，正多边形顶点所在外接圆称为层，正多边形的边称为弦，设覆盖区域划分为m层，第i层的半径为R+l
i
，l
i
表示层半径增量，l1＝0，层的半径集合
R＝{R，R+l2，R+l3，
…
，R+l
m
}；从0
°
极轴沿逆时针方向，第i层的第j个顶点记为A
ij
，设弦长集合r＝{r1，r2，r3，
…
，r
m
}，由圆心O作弦的垂线，根据正多边形、圆和直角三角形的性质，可知第i层的正多边形顶点数n
i
与弦长r
i
的关系：其中，n
i
为正整数且n
i
≥3，为保证层节点连通性，r
i
≤r，因此对于第1层l1＝0，可求得r1＝2Rsin(π/n1)，层顶点A
1j
的极坐标为(R，(j
‑
1)2π/n1)，第1层节点A
1j
和圆心O相互连接，构建无盲区覆盖网络；2
‑
3)由第i层求解第i+1层覆盖节点部署位置；将∠A
i1
OA
i+1,1
定义为层旋转角θ
i+1
，0≤θ
i
<π，θ1＝0，设层旋转角集合θ＝{0，θ2，θ3，
…
，θ
m
}，第i层覆盖节点A
ij
的极坐标为(R+l
i
，[∑
k＝1i
θ
k
]+(j
‑
1)2π/n
i
)，根据公式(2)(3)保证层节点连通性，通过层间连接最小化，实现最大化覆盖；设定任一第i+1层覆盖节点至少与1个第i层覆盖节点建立连接，则运用余弦定理可得，由公式(4)推导：设定每个第i层覆盖节点有1～2个第i+1层覆盖节点与之连接，则运用余弦定理可得，与公式(4)推导过程类似，由公式(6)推导可得：由公式(7)确定l
i+1
下界；令A
i1
在第i+1层扇形单元A
i+1,k
OA
i+1,k+1
的角平分线上，以使得第i层中至少有1个节点连接了2个第i+1层的节点，则层旋转角θ
i+1
为：2
‑
4)设计多层正多边形无盲区覆盖求解算法确定的θ
i+1
和l
i+1
，根据公式(5)(7)(8)，求解策略中所有部署点的极坐标，更新覆盖节点特征数据库。3.根据权利要求2所述的海上移动边缘计算无盲区网络构建方法，其特征在于，步骤2
‑
4)中，多层正多边形无盲区覆盖求解算法，具体步骤如下：2
‑4‑
1)输入d，R，r，则覆盖层数根据公式(2)(3)计算第1层覆盖节点的极坐标A
ij
(ρ，θ)＝(R，(j
‑
1)2π/n1)，i＝1；2
‑4‑
2)i＝i+1，若i≤m，预设l
i
＝l
i
‑1+r，计算第i层的覆盖节点数根据公式(8)计算旋转角θ
i
；否则，计算完成，转2
‑4‑
5)；2
‑4‑
3)输入回退长度ν，l
i
＝l
i
‑1+r，循环执行如下操作：a)l
i
＝l
i
–
ν，根据公式(5)(7)重新计算l
i,max
，l
i,min
；
b)若l
i,min
<l
i
<l
i,max
，则退出循环；否则重复a)；2
‑4‑
4)根据第i层半径R+l
i
和旋转角θ
i
，计算覆盖节点的极坐标A
ij
(ρ，θ)＝(R+l
i
，(j
‑
1)2π/n
i
+θ
i
)，转2
‑4‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐光学，戴亚盛，杨忠明，杨晓慧，
申请(专利权)人：嘉兴学院，
类型：发明
国别省市：