一种多星协同的动态微云组建方法及分布式微云系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多星协同的动态微云组建方法及分布式微云系统，包括：步骤

【技术实现步骤摘要】
一种多星协同的动态微云组建方法及分布式微云系统


[0001]本专利技术涉及卫星通信与边缘计算领域，尤其是涉及一种多星协同的动态微云组建方法及分布式微云系统，用于提供更可靠
、
高效的卫星通信服务
。

技术介绍

[0002]在卫星上可搭载感知
、
通信
、
处理和存储载荷，利用资源虚拟化表征和自主协同可以构成丰富的资源池，为地面网络提供可保障的天基计算支撑
。
与本专利技术最接近的现有技术如下
[1]‑
[3]：
[0003][1]一种动态星间的多星协同计算方法
、
系统
、
设备及介质，包括获取卫星网络中的辅卫星资料和等待计算的计算任务资料，根据辅卫星资料和计算任务资料构建卫星五元组与任务四元组，卫星五元组包括卫星
ID、
卫星可见时间窗开始
、
卫星可见时间窗结束
、
可见时间窗和卫星的计算速度，任务四元组包括计算任务
ID、
计算任务开始时间
、
计算任务结束时间和计算任务的数据大小，根据卫星五元组
、
任务四元组与预先设置的目标函数计算得到满足执行计算任务所消耗的总能耗最小或执行计算任务所消耗的总时间最小的最适调度策略，根据最适调度策略将计算任务分发给对应的辅卫星，实现了动态时变环境下的多星协同计算
。
[0004][2]一种低轨卫星网络的任务卸载与计算资源分配方法及系统，为描述未来低轨卫星网络中的异构业务计算需求，根据融合边缘云与云边缘低轨卫星计算模型以及两类业务需求，建立任务卸载模型；并根据时延成本
、
能耗成本以及支付给计算平台的资金成本建立目标函数，得出优化问题；将优化问题建模为非合作博弈，通过构造势函数证明该博弈的均衡的存在性；并采用混合粒子群算法和求取解析解得到均衡，最终得出联合卸载决策与计算资源分配的最优策略；本专利技术考虑面向两类业务的融合边缘云与云边缘的低轨卫星边缘计算架构，解决实际边缘计算场景中任务异构的问题，实现资源利用最大化的同时，更大限度地降低终端开销
。
[0005][3]卫星云计算系统及方法，所述卫星云计算系统包括：主控节点模块，用于所述卫星云计算系统的运行
、
监测
、
控制
、
信息处理
、
通信以及星上微云服务的编排与调度；至少一个计算节点模块，用于部署和运行容器
、
提供星上微云服务和计算；存储模块，用于卫星云计算系统的数据存取；交换模块，用于所述主控节点模块
、
所述多个计算节点模块和所述存储模块的交互；供电模块，用于所述主控节点模块
、
所述多个计算节点模块
、
所述存储模块和所述交换模块的供电
。
本专利技术实现了星载计算资源的灵活分配
、
负载均衡以及多任务并行执行，显著提升星载高性能计算的稳定性和数据处理传输性能
。
[0006]以上现有技术
[1]‑
[3]，他们通过提出任务调度策略
、
建立计算卸载模型
、
设计卫星云计算系统等方式，实现多星协同计算
。
但是现有技术是关注于单颗卫星的计算任务调度与卸载，会面临卫星资源紧张
、
卸载算法适用性低等问题，对于卫星智能计算的解决仍存在可提高空间
。

技术实现思路

[0007]针对现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种多星协同的动态微云构建方式，通过在卫星上构建微云星群，将任务分配给微云中的每个卫星节点，实现边缘卫星智能计算
、
边缘星间自治的功能
。
这种方式可以缓解地面云的计算压力，提高卫星智能计算的效率和可靠性，同时给卫星通信领域带来更多的技术创新和应用前景
。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供一种多星协同的动态微云组建方法，所述方法包括以下步骤：步骤
S101: 根据任务指令触发构建微云星群的初始状态；将离任务中心最近的卫星节点设为主节点，主节点收到任务指令后，周围的每个卫星节点会根据与自身的位置和现有的资源条件进行匹配度分析；若卫星节点当前所在的位置满足要求且所搭载的资源也符合需求，则该卫星节点加入此微云星群；步骤
S102: 卫星节点加入微云后开始进行任务规划和任务执行，从而提供在轨服务支持；每个节点在服务窗口内加入微云，交战区服务窗口过时后退出微云；步骤
S103:
微云为动态分布式系统，卫星节点根据服务窗口及任务执行情况加入或退离微云
。
[0009]进一步，步骤
S101
中，卫星节点距离主节点的参数包含：相对距离
、CPU
计算核数
、
存储资源；任务中心下发的指令内容包含所需要的计算核数和存储资源两部分；由于每个任务的计算内容各不相同，且卫星也处于时刻运动变化中，需要为不同任务构建定制化的微云；根据微云主节点与周围卫星距离大小依次排序，并遍历卫星的
CPU
计算核数和存储资源进行匹配度分析，直到任务所需要的计算核数和存储资源满足任务需求时，微云构建完成；构建公式如下：构建完成；构建公式如下：其中，表示卫星是否属于微云
, 表示卫星的
CPU
计算核数， 表示卫星的存储资源
。
[0010]进一步，步骤
S101
构建微云星群的初始状态包括以下步骤：步骤
S201
：主节点通过分布式发布和订阅机制向以当前任务为主题的微云各卫星节点发布入云通告；步骤
S202
：微云中其他卫星节点通过任务为主题订阅新加入卫星节点通告，在各自卫星节点本地进行存储，同时可以向新入卫星节点发布握手信息；步骤
S203
：新卫星节点发布入云通告后，订阅其他卫星节点握手信息；步骤
S204
：为了保证微云各卫星节点的管理，微云的管理中加入心跳机制，周期性监测各卫星节点是否在线
。
[0011]进一步，步骤
S201
中，所述入云通告中含本卫星节点
ID、
各类资源情况及负载情况
。
[0012]进一步，步骤
S202
中，握手信息的发布可以由微云中一个卫星节点统一发布，也可以每个卫星节点各自发布
。
[0013]进一步，步骤
S204
中，心跳机制的监测周期为
30s。
[0014]进一步，步骤
S102
提供在轨服务支持的步骤如下：步骤
S301
：微云内各节点根据任务指令，结合自身在轨物理资源，对本任务进行规划和评估，并依据评估结果对任务匹配度进行打分，并在微云中共享；步骤
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种多星协同的动态微云组建方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤
S101: 根据任务指令触发构建微云星群的初始状态；将离任务中心最近的卫星节点设为主节点，主节点收到任务指令后，周围的每个卫星节点会根据与自身的位置和现有的资源条件进行匹配度分析；若卫星节点当前所在的位置满足要求且所搭载的资源也符合需求，则该卫星节点加入此微云星群；步骤
S102: 卫星节点加入微云后开始进行任务规划和任务执行，从而提供在轨服务支持；每个节点在服务窗口内加入微云，交战区服务窗口过时后退出微云；步骤
S103:
微云为动态分布式系统，卫星节点根据服务窗口及任务执行情况加入或退离微云
。2.
根据权利要求1所述的一种多星协同的动态微云组建方法，其特征在于，步骤
S101
中，卫星节点距离主节点的参数包含：相对距离
、CPU
计算核数
、
存储资源；任务中心下发的指令内容包含所需要的计算核数和存储资源两部分；由于每个任务的计算内容各不相同，且卫星也处于时刻运动变化中，需要为不同任务构建定制化的微云；根据微云主节点与周围卫星距离大小依次排序，并遍历卫星的
CPU
计算核数和存储资源进行匹配度分析，直到任务所需要的计算核数和存储资源满足任务需求时，微云构建完成；构建公式如下：其中，表示卫星是否属于微云
, 表示卫星的
CPU
计算核数， 表示卫星的存储资源
。3.
根据权利要求1所述的一种多星协同的动态微云组建方法，其特征在于，步骤
S101
构建微云星群的初始状态包括以下步骤：步骤
S201
：主节点通过分布式发布和订阅机制向以当前任务为主题的微云各卫星节点发布入云通告；步骤
S202
：微云中其他卫星节点通过任务为主题订阅新加入卫星节点通告，在各自卫星节点本地进行存储，同时向新入卫星节点发布握手信息；步骤
S203
：新卫星节点发布入云通告后，订阅其他卫星节点握手信息；步骤
S204
：为了保证微云各卫星节点的管理，微云的管理中加入心跳机制，周期性监测各卫星节点是否在线
。4.
根据权利要求3所述的一种多星协同的动态微云组建方法，其特征在于，步骤

【专利技术属性】
技术研发人员：冉德超，吴鹏，秦婉亭，曹璐，张飞，季明江，李献斌，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：