基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统及卸载方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统，采用Walker Star卫星星座架构，用户通过地面站与卫星之间的星地链路UDL与卫星建立连接，从而获取卫星服务，本发明专利技术还公开了基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统的任务卸载方法，首先，地面站收集来自其覆盖范围内所有用户终端的任务，并将这些任务上传至遥感卫星，遥感卫星在指定区域上空执行遥感任务，卫星将数据就近卸载到下层低轨道卫星星座中的卫星LEO1上，任务计算完成后，卫星将结果下传到地面站，最终返回地面用户。本发明专利技术解决了现有技术中存在的遥感图像任务数据量巨大、操作复杂且传统的星上图像处理系统无法满足大数据量实时处理要求的问题。法满足大数据量实时处理要求的问题。法满足大数据量实时处理要求的问题。

【技术实现步骤摘要】
基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统及卸载方法


[0001]本专利技术属于计算机与遥感卫星
，具体涉及一种基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统，本专利技术还涉及一种基于服务功能链的遥感卫星任务卸载方法。

技术介绍

[0002]卫星网络中的资源总是稀缺的，包括频谱、计算资源和能量供应。在大多数情况下，一个独立的卫星几乎无法适应不断增长用户服务需求。因此，任务卸载作为一种很有前途的范式，有望充分利用各种具有不同计算资源的卫星的优势，将计算密集型任务转移到功能卫星节点上，以实现更高的QoS/QoE指数。低轨道卫星轨道高度低，使得传输延时短，路径损耗小，而且蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。因此，我们选择将遥感任务卸载于较低轨道的卫星星座处理。同时，我们通过划分遥感任务及并行处理方式加速遥感卫星任务的处理。例如对于一些时间复杂度较高的任务，如遥感图像任务，可以根据节点擅长处理的任务类型卸载到不同的节点。遥感图像任务数据量巨大、操作复杂且传统的星上图像处理系统已经无法满足大数据量实时处理的要求，然而将遥感图像任务卸载到地面处理意味着付出巨大的时间成本。同时，传统卫星网络缺乏有效的星间协同，这使得遥感卫星任务的处理所消耗的成本更大。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统，解决了现有技术中存在的遥感图像任务数据量巨大、操作复杂且传统的星上图像处理系统无法满足大数据量实时处理要求的问题。
[0004]本专利技术的另一目的是提供一种基于服务功能链的遥感卫星任务卸载方法。
[0005]本专利技术所采用的第一技术方案是，基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统，采用Walker Star卫星星座架构，Walker Star卫星星座架构包括720颗卫星按18个轨道平面排列，每个轨道包含40颗卫星，星座构型为87:550:720/40/1，轨道高度为300～700Km，遥感卫星轨道高度为700～1000Km，采用太阳同步轨道运行，轨道倾角为70～110
°
，运行周期为60～120分钟，地面站能够向卫星发送数据，同时也能接收来自卫星的数据，地面用户通过正交频分多址OFDMA技术接入地面站，并采用Ku波段进行通信，具体而言，10.7
‑
12.7GHz和12.75
‑
14.5GHz频段分别用于用户下行链路和用户上行链路，用户通过地面站将任务上传至遥感卫星，由于遥感卫星运行于极地轨道上，在任何时候、任何位置都可以获取到低轨道卫星的服务，所以遥感卫星完成目标观测任务后将数据传到低轨道卫星处理，结果通过地面站返回用户。
[0006]设低轨道卫星星座中的每一个卫星上均部署有MEC服务器，用户通过地面站与卫星之间的星地链路UDL与卫星建立连接，从而获取卫星服务，不同轨道高度的卫星之间存在星间链路ISL，星座中的卫星之间通过激光通信进行数据传输。
[0007]本专利技术所采用的第二技术方案是，基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统的任
务卸载方法，具体按照以下步骤实施：
[0008]步骤1、地面用户通过地面站将遥感任务上传至遥感卫星；
[0009]步骤2、遥感卫星将数据传到低轨道卫星网络处理；
[0010]步骤3、任务计算完成后由低轨道卫星下传至用户；
[0011]即首先，地面站收集来自其覆盖范围内所有用户终端的任务，并将这些任务上传至遥感卫星，之后，遥感卫星根据用户需求在指定区域上空执行遥感任务，遥感任务执行完成后，卫星将数据就近卸载到下层低轨道卫星星座中的卫星LEO1上，LEO1与星座中其他低轨卫星协作完成任务，任务计算完成后，卫星将结果下传到地面站，最终返回地面用户。
[0012]本专利技术第二技术方案的特点还在于，
[0013]步骤1具体按照以下步骤实施：
[0014]考虑到设备终端之间的相互干扰和背景噪声，地面站到遥感卫星的数据传输速率表示为：
[0015][0016]其中，W
gnd_rss
为地面站和遥感卫星之间的信道带宽，Pgnd为地面站传输功率，g
gnd_rss
为地面站和遥感卫星之间的信道增益，N0为背景噪声。
[0017]步骤2具体按照以下步骤实施：
[0018]遥感卫星到低轨道卫星星座的数据传输速率为：
[0019][0020]其中W
rss_leo
为地面站和低轨道卫星之间的信道带宽，p
rss
为遥感卫星传输功率，g
rss_leo
为遥感卫星和低轨道卫星之间的信道增益。
[0021]步骤3具体按照以下步骤实施：
[0022]低轨道卫星星座到地面站的数据传输速率为：
[0023][0024]其中W
leo_gnd
为低轨道卫星和地面站之间的信道带宽，P
leo
为遥感卫星传输功率，g
leo_gnd
为低轨道卫星和地面站之间的信道增益。
[0025]步骤2中，低轨道卫星星间链路ISLs的信道增益为：
[0026][0027]其中，m为光源辐射模式数，A为探测器有效物理面积，D为接收端和发射端之间的距离，为发射机的辐射角，ψ为光的入射角，g(ψ)为光学仪器的增益，因此，信号接收功率Pr为：
[0028]Pr＝H(0)Pt(5)
[0029]其中P
t
为传输功率，激光通信中的信噪比(Signal
‑
to
‑
NoiseRatio，SNR)为：
[0030][0031]其中，γ为探测器响应率，σ2为接收机噪声，其中包括散粒噪声、热噪声和放大器噪声。
[0032]步骤2中，星座中卫星间的数据传输速率为：
[0033]R
ISL
＝W
ISL
log2(1+R
SN
)(7)
[0034]假设用户上传至遥感卫星的任务量为P，遥感卫星完成地面用户指定任务后的任务量为P
rs
，低轨道卫星星座计算完成遥感卫星任务后任务量为因此，完成整个任务的传输时延为：
[0035][0036]任务的传播时延为起点到目的点之间的距离与数据传播速率的商，规定任务从地面站到遥感卫星的传播时延为从遥感卫星到低轨道卫星的传播时延为从低轨道卫星到地面站的传播时延为因此，完成整个任务的传播时延为：
[0037][0038]假设任务在低轨道卫星星座中处理时发送和接收过程中的排队时延为τ
queue
，在地面站、遥感卫星和低轨道卫星处发送和接收任务时的排队时延忽略不计，因此，总的通信时延为：
[0039]τ
comm
＝τ
trans
+τ
prop
+τ
queue
(10)
[0040]一个遥感卫星任务T包含本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统，其特征在于，采用Walker Star卫星星座架构，Walker Star卫星星座架构包括720颗卫星按18个轨道平面排列，每个轨道包含40颗卫星，星座构型为87:550:720/40/1，轨道高度为300～700Km，遥感卫星轨道高度为700～1000Km，采用太阳同步轨道运行，轨道倾角为70～110
°
，运行周期为60～120分钟，地面站能够向卫星发送数据，同时也能接收来自卫星的数据，地面用户通过正交频分多址OFDMA技术接入地面站，并采用Ku波段进行通信，具体而言，10.7
‑
12.7GHz和12.75
‑
14.5GHz频段分别用于用户下行链路和用户上行链路，用户通过地面站将任务上传至遥感卫星，遥感卫星完成目标观测任务后将数据传到低轨道卫星处理，结果通过地面站返回用户；设低轨道卫星星座中的每一个卫星上均部署有MEC服务器，用户通过地面站与卫星之间的星地链路UDL与卫星建立连接，从而获取卫星服务，不同轨道高度的卫星之间存在星间链路ISL，星座中的卫星之间通过激光通信进行数据传输。2.基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统的任务卸载方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、地面用户通过地面站将遥感任务上传至遥感卫星；步骤2、遥感卫星将数据传到低轨道卫星网络处理；步骤3、任务计算完成后由低轨道卫星下传至用户；即首先，地面站收集来自其覆盖范围内所有用户终端的任务，并将这些任务上传至遥感卫星，之后，遥感卫星根据用户需求在指定区域上空执行遥感任务，遥感任务执行完成后，卫星将数据就近卸载到下层低轨道卫星星座中的卫星LEO1上，LEO1与星座中其他低轨卫星协作完成任务，任务计算完成后，卫星将结果下传到地面站，最终返回地面用户。3.根据权利要求2所述的基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统的任务卸载方法，所述步骤1具体按照以下步骤实施：考虑到设备终端之间的相互干扰和背景噪声，地面站到遥感卫星的数据传输速率表示为：其中，W
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为地面站和遥感卫星之间的信道带宽，Pgnd为地面站传输功率，g
gnd_rss
为地面站和遥感卫星之间的信道增益，N0为背景噪声。4.根据权利要求3所述的基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统的任务卸载方法，所述步骤2具体按照以下步骤实施：遥感卫星到低轨道卫星星座的数据传输速率为：其中W
rss_leo
为地面站和低轨道卫星之间的信道带宽，p
rss
为遥感卫星传输功率，g
rss_leo
为遥感卫星和低轨道卫星之间的信道增益。5.根据权利要求4所述的基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统的任务卸载方法，所述步骤3具体按照以下步骤实施：
低轨道卫星星座到地面站的数据传输速率为：其中W
leo_gnd
为低轨道卫星和地面站之间的信道带宽，P
leo
为遥感卫星传输功率，g
leo_gnd
为低轨道卫星和地面站之间的信道增益。6.根据权利要求5所述的基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统的任务卸载方法，所述步骤2中，低轨道卫星星间链路ISLs的信道增益为：其中，m为光源辐射模式数，A为探测器有效物理面积，D为接收端和发射端之间的距离，为发射机的辐射角，ψ为光的入射角，g(ψ)为光学仪器的增益，因此，信号接收功率Pr为：Pr＝H(0)Pt(5)其中P
t
为传输功率，激光通信中的信噪比(Signal
‑
to
‑
NoiseRatio，SNR)为：其中，γ为探测器响应率，σ2为接收机噪声，其中包括散粒噪声、热噪声和放大器噪声。7.根据权利要求6所述的基于服务功能链的遥感卫星任务卸载系统的任务卸载方法，所述步骤2中，星座中卫星间的数据传输速率为：R
IsL
＝W
ISL
log2(1+R
SN
)(7)假设用户上传至遥感卫星的任务量为P，遥感卫星完成地面用户指定任务后的任务量为P
rs
，低轨道卫星星座计算完成遥感卫星任务后任务量为因此，完成整个任务的传输时延为：任务的传播时延为起点到目的点之间的距离与数据传播速率的商，规定任务从地面站到遥感卫星的传播时延为从遥感卫星到低轨道卫星的传播时延为从低轨道卫星到地面站的传播时延为因此，完成整个任务的传播时延为：假设任务在低轨道卫星星座中处理时发送和接收过程中的排队时延为τ
queue
，在地面站、遥感卫星和低轨道卫星处发送和接收任务时的排队时延忽略不计，因此，总的通信时延为：τ
comm
＝τ
trans
+τ
prop
+τ
queue
(10)一个遥感卫星任务T包含完整的服务功能链SFC，由按照一定顺序连接的虚拟化网络功能VNF单元集组成，即T＝{t1,t2…
,t
n
}，首先，假设不同VNF
s
之间的耦合关系是预定义的，将
一个任务T的SFC划分为一系列串行的任务组T＝{T1,T2,
…
,T
i
,
…
,T
n
}，1≤i≤n，同时每个任务组包含若干个VNFs，即T1＝{t1,
…
,t
x1
}，对于其中任...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晨，赵雅，李璞，何辞，张雨茹，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：