星载边缘云计算任务处理方法、系统、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及卫星通信技术领域，尤其是一种星载边缘云计算任务处理方法、系统、计算机装置及存储介质。


背景技术：

2.边缘云计算是云计算概念的一种延伸，通过将计算能力部署在网络边缘，降低业务处理时延，同时满足现场计算能力的要求。由于边缘云计算对硬件设备的要求较高，目前边缘云计算的应用局限在地面通信网络，虽然卫星通信技术是日益重要的通信技术，但是常规技术中尚缺乏边缘云计算在卫星通信方面的应用。


技术实现要素：

3.针对目前尚缺乏边缘云计算在卫星通信方面应用等技术问题，本发明的目的在于提供一种星载边缘云计算任务处理方法、系统、计算机装置及存储介质。
4.一方面，本发明实施例包括一种星载边缘云计算任务处理方法，包括：
5.通过中心云获取待处理边缘云计算任务；所述中心云设置在第一卫星；
6.根据所述待处理边缘云计算任务的时间戳，确定所述待处理边缘云计算任务对应的预测载荷；所述预测载荷为预计所述待处理边缘云计算任务产生的卫星载荷；
7.根据所述预测载荷，将所述待处理边缘云计算任务分配至相应的边缘云；所述边缘云设置在第二卫星。
8.进一步地，所述根据所述预测载荷，将所述待处理边缘云计算任务分配至相应的边缘云，包括：
9.当所述预测载荷达到载荷阈值，触发所述边缘云对所述待处理边缘云计算任务进行微服务计算；
10.当所述预测载荷未达到所述载荷阈值，触发所述边缘云对所述待处理边缘云计算任务进行无服务计算。
11.进一步地，所述根据所述待处理边缘云计算任务的时间戳，确定所述待处理边缘云计算任务对应的预测载荷，包括：
12.使用prophet算法对所述待处理边缘云计算任务的时间戳进行处理；
13.根据prophet算法的处理结果，确定所述预测载荷。
14.进一步地，所述根据所述待处理边缘云计算任务的时间戳，确定所述待处理边缘云计算任务对应的预测载荷，还包括：
15.获取多个历史边缘云计算任务；所述历史边缘云计算任务为被所述边缘云处理过的边缘云计算任务；
16.使用所述历史边缘云计算任务进行prophet算法建模。
17.进一步地，所述使用所述历史边缘云计算任务进行prophet算法建模，包括：
18.获取各所述历史边缘云计算任务各自的时间戳、资源占用量和计算周期；
19.根据各所述资源占用量，对各所述历史边缘云计算任务进行聚类，确定若干个第一类历史边缘云计算任务；所述第一类历史边缘云计算任务为资源占用量最大的历史边缘云计算任务；
20.根据各所述第一类历史边缘云计算任务各自的资源占用量，对各所述第一类历史边缘云计算任务进行聚类，确定若干个第二类历史边缘云计算任务；所述第二类历史边缘云计算任务为计算周期最长的历史边缘云计算任务；
21.对属于所述第一类历史边缘云计算任务而不属于所述第二类历史边缘云计算任务的历史边缘云计算任务，设置第一标记；
22.对所述第二类历史边缘云计算任务设置第二标记；
23.根据各所述第一类历史边缘云计算任务各自对应的时间戳以及所述第一标记或所述第二标记，进行prophet算法建模。
24.进一步地，所述第一卫星的运行轨道高于所述第二卫星的运行轨道。
25.另一方面，本发明实施例还包括一种星载边缘云计算任务处理系统，所述星载边缘云计算任务处理系统包括：
26.第一卫星；所述第一卫星设置中心云；
27.第二卫星；所述第二卫星设置边缘云；
28.所述中心云用于获取待处理边缘云计算任务，根据所述待处理边缘云计算任务的时间戳，确定所述待处理边缘云计算任务对应的预测载荷，所述预测载荷为预计所述待处理边缘云计算任务产生的卫星载荷，根据所述预测载荷，将所述待处理边缘云计算任务分配至相应的边缘云。
29.进一步地，所述第一卫星的运行轨道高于所述第二卫星的运行轨道。
30.另一方面，本发明实施例还包括一种计算机装置，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载所述至少一个程序以执行实施例中的星载边缘云计算任务处理方法。
31.另一方面，本发明实施例还包括一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行实施例中的星载边缘云计算任务处理方法。
32.本发明的有益效果是：实施例中的星载边缘云计算任务处理方法，将中心云和边缘云分别设置在第一卫星和第二卫星，突破了边缘云计算的在地面通信网络的限制，实现了星载边缘云计算，由于卫星通信的覆盖范围比地面通信更广，因此能够扩大边缘云计算的可用范围和应用场景。
附图说明
33.图1为实施例中的星载边缘云计算任务处理方法的各步骤示意图；
34.图2为应用实施例中的星载边缘云计算任务处理方法的卫星通信系统示意图；
35.图3为实施例中历史边缘云计算任务的示意图。
具体实施方式
36.本实施例中，参照图1，星载边缘云计算任务处理方法包括以下步骤：
37.s1.通过中心云获取待处理边缘云计算任务；
38.s2.根据待处理边缘云计算任务的时间戳，确定待处理边缘云计算任务对应的预测载荷；预测载荷为预计待处理边缘云计算任务产生的卫星载荷；
39.s3.根据预测载荷，将待处理边缘云计算任务分配至相应的边缘云。
40.本实施例中，步骤s1-s3可以应用在图2所示的卫星通信系统中。参照图2，可以使用手机、物联网设备、飞机和船舶等交通工具上安装的专用通信设备等作为终端，终端可以与低轨道卫星或者高轨道卫星等通信卫星建立连接。
41.本实施例中，第一卫星是其中一个高轨道卫星，第一卫星上安装有用作中心云的服务器设备，例如大型数据中心；第二卫星是其中一个低轨道卫星，第二卫星上安装有用作边缘云的服务器设备，例如微型数据中心。其中，高轨道卫星和低轨道卫星的高低标准可以是相对而言的，不一定局限在某种特定标准。例如，习惯将轨道距离地球表面2000～20000km的通信卫星称为“中轨道卫星”，将轨道距离地球表面2000～20000km的通信卫星称为“中轨道卫星”，将轨道距离地球表面200～2000km的通信卫星称为“低轨道卫星”，当应用本实施例中的星载边缘云计算任务处理方法时，习惯上的“中轨道卫星”相对地成为本实施例中的高轨道卫星，习惯上的“低轨道卫星”相对地成为本实施例中的低轨道卫星。
42.在执行步骤s1，也就是通过中心云获取待处理边缘云计算任务这一步骤时，可以由终端建立待处理边缘云计算任务，终端对外发出待处理边缘云计算任务，第一卫星接收待处理边缘云计算任务，由中心云进行处理。
43.中心云获取待处理边缘云计算任务之后，获取待处理边缘云计算任务的时间戳。其中，待处理边缘云计算任务的时间戳可以是由终端添加的时间戳，反映终端建立待处理边缘云计算任务的时间，也可以由中心云添加，反映中心云接收到待处理边缘云计算任务的时间。
44.步骤s2中，中心云根据待处理边缘云计算任务的时间戳，确定待处理边缘云计算任务对应的预测载荷。预测载荷是中心云预计待处理边缘云计算任务产生的卫星载荷，具体地，可以是预计待处理边缘云计算任务被分配到边缘云进行处理时，对边缘云产生的卫星载荷。
45.步骤s3中，中心云根据预测载荷，将待处理边缘云计算任务分配至相应的边缘云。
46.步骤s1-s3的原理包括：中心云设置在信号覆盖范围广的高轨道卫星，能够更容易接收到终端发出的待处理边缘云计算任务；边缘云设置在低轨道卫星，能够由高轨道卫星根据各低轨道卫星的负荷情况，统一向低轨道卫星分配待处理边缘云计算任务，例如将预测载荷高的待处理边缘云计算任务优先分配到当前负荷低的低轨道卫星，将预测载荷低的待处理边缘云计算任务优先分配到当前负荷高的低轨道卫星，提高待处理边缘云计算任务的执行效率；由设置在低轨道卫星的边缘云执行待处理边缘云计算任务，能够以更佳的通信质量与终端保持通信，提高待处理边缘云计算任务的执行效率，也有利于及时向终端返回待处理边缘云计算任务的执行结果。
47.本实施例中，中心云在执行步骤s2，也就是根据待处理边缘云计算任务的时间戳，确定待处理边缘云计算任务对应的预测载荷这一步骤时，具体可以执行以下步骤：
48.s203.使用prophet算法对待处理边缘云计算任务的时间戳进行处理；
49.s204.根据prophet算法的处理结果，确定预测载荷。
50.通过执行步骤s203-s204，可以使用prophet算法，根据待处理边缘云计算任务的时间戳预测得到载荷为预计待处理边缘云计算任务产生的卫星载荷，即预测载荷。
51.执行步骤s2时，在执行步骤s203-s204之前，还可以执行以下步骤：
52.s201.获取多个历史边缘云计算任务；历史边缘云计算任务为被边缘云处理过的边缘云计算任务；
53.s202.使用历史边缘云计算任务进行prophet算法建模。
54.步骤s201-s202是进行prophet算法建模的步骤，即建立具有根据待处理边缘云计算任务的时间戳进行预测，得到预测载荷的能力的prophet算法模型。
55.步骤s201中，中心云可以向边缘云查询工作日志，查询被边缘云处理过的边缘云计算任务，获得多个历史边缘云计算任务。各个历史边缘云计算任务的信息可以如表1所示。
56.表1
57.时间戳用户id计算任务id资源占用量计算周期20220102-10:00:001110m1hr20220102-10:00:021220m3hr20220102-10:00:031330m10hr
58.表1中记录了各个历史边缘云计算任务的用户id和计算任务id，可以通过用户id和计算任务id来区分不同的历史边缘云计算任务。每个历史边缘云计算任务都有各自的时间戳，历史边缘云计算任务的时间戳的含义可以与待处理边缘云计算任务的时间戳相同。
59.表1中，每个历史边缘云计算任务都有各自的资源占用量和计算周期，其中资源占用量反映了边缘云在执行历史边缘云计算任务时被占用的硬件或者软件等的资源数量，计算周期反映了边缘云在执行历史边缘云计算任务时所消耗的时长。
60.资源占用量和计算周期从不同维度表示历史边缘云计算任务对边缘云产生的载荷大小，例如，资源占用量越大则对边缘云产生的载荷越大，计算周期越长则对边缘云产生的载荷越大。
61.在执行步骤s202，也就是使用历史边缘云计算任务进行prophet算法建模这一步骤时，具体可以执行以下步骤：
62.s20201.获取各历史边缘云计算任务各自的时间戳、资源占用量和计算周期；
63.s20202.根据各资源占用量，对各历史边缘云计算任务进行聚类，确定若干个第一类历史边缘云计算任务；第一类历史边缘云计算任务为资源占用量最大的历史边缘云计算任务；
64.s20203.根据各第一类历史边缘云计算任务各自的资源占用量，对各第一类历史边缘云计算任务进行聚类，确定若干个第二类历史边缘云计算任务；第二类历史边缘云计算任务为计算周期最长的历史边缘云计算任务；
65.s20204.对属于第一类历史边缘云计算任务而不属于第二类历史边缘云计算任务的历史边缘云计算任务，设置第一标记；
66.s20205.对第二类历史边缘云计算任务设置第二标记；
67.s20206.根据各第一类历史边缘云计算任务各自对应的时间戳以及第一标记或第二标记，进行prophet算法建模。
68.步骤s20201中，各历史边缘云计算任务各自的时间戳、资源占用量和计算周期等信息如表1所示。
69.步骤s20202中，进行第一次聚类，即对各历史边缘云计算任务进行聚类。具体地，第一次聚类可以采用k均值聚类算法，执行以下步骤：
70.a1.设定k值，例如k＝4，则随机选定4个资源占用量作为初始聚类中心(质心)进行聚类；
71.a2.计算每个历史边缘云计算任务对应的资源占用量到质心的距离，根据到质心的距离，将每个历史边缘云分配到最近的质心所代表队簇clusteri，其中i∈(1,k)；
72.a3.重新计算所有簇的质心，将每个质心更新为当前clusteri中所有历史边缘云计算任务的均值；
73.不断重复步骤a2和a3，直至质心不再发生变化。
74.在执行完步骤a1-a3(其中a2和a3可能被执行了多次)之后，如图3所示，历史边缘云计算任务被聚类，其中对应资源占用量最大的那一类历史边缘云计算任务，在本实施例中为第一类历史边缘云计算任务。
75.步骤s20203中，进行第二次聚类，即对各第一类历史边缘云计算任务进行聚类。具体地，第二次聚类也可以采用k均值聚类算法，执行以下步骤：
76.b1.设定k值，例如k＝3，则随机选定4个计算周期作为初始聚类中心(质心)进行聚类；
77.b2.计算每个第一类历史边缘云计算任务对应的计算周期到质心的距离，根据到质心的距离，将每个第一类历史边缘云分配到最近的质心所代表队簇clusterj，其中j∈(1,k)；
78.b3.重新计算所有簇的质心，将每个质心更新为当前clusterj中所有第一类历史边缘云计算任务的均值；
79.不断重复步骤b2和b3，直至质心不再发生变化。
80.在执行完步骤b1-b3(其中b2和b3可能被执行了多次)之后，如图3所示，第一类历史边缘云计算任务被聚类，其中对应计算周期最大的那一类历史边缘云计算任务，在本实施例中为第二类历史边缘云计算任务。
81.步骤s20204中，参照图3，对属于第一类历史边缘云计算任务而不属于第二类历史边缘云计算任务的历史边缘云计算任务，设置第一标记；步骤s20205中，参照图3，对第二类历史边缘云计算任务设置第二标记。
82.具体地，第一标记可以为数值0，第一类历史边缘云计算任务被设置第一标记，表明第一类历史边缘云计算任务产生的载荷较小；第二标记可以为数值1，第二类历史边缘云计算任务被设置第二标记，表明第二类历史边缘云计算任务产生的载荷较大。
83.步骤s20206中根据各第一类历史边缘云计算任务各自对应的时间戳以及第一标记或第二标记，进行prophet算法建模。具体地，以第一类历史边缘云计算任务对应的时间戳作为prophet算法模型的输入，以第一类历史边缘云计算任务对应的第一标记(如果不属于第二类历史边缘云计算任务)或第二标记(如果属于第二类历史边缘云计算任务)作为prophet算法模型的期望输出，执行训练过程。
84.通过执行步骤s20101-s20106，可以建立具有根据待处理边缘云计算任务的时间
戳进行预测，得到预测载荷的能力的prophet算法模型，具体地，训练过程中使用资源占用量和计算周期这两种容易测量以及容易进行聚类的指标作为分类的依据，有利于加快训练速度。
85.本实施例中，中心云在执行步骤s3，也就是根据预测载荷，将待处理边缘云计算任务分配至相应的边缘云这一步骤时，具体可以执行以下步骤：
86.s301.当预测载荷达到载荷阈值，触发边缘云对待处理边缘云计算任务进行微服务计算；
87.s302.当预测载荷未达到载荷阈值，触发边缘云对待处理边缘云计算任务进行无服务计算。
88.执行步骤s301-s302时，中心云可以将预测载荷与设定的载荷阈值进行比较，如果预测载荷达到载荷阈值，可以判断预测载荷足够大，待处理边缘云计算任务并不需要频繁计算，步骤s301中，中心云可以触发边缘云对待处理边缘云计算任务进行微服务计算；如果预测载荷未达到载荷阈值，可以判断预测载荷较小，步骤s301中，中心云可以触发边缘云对待处理边缘云计算任务进行无服务计算。
89.通过执行步骤s301-s302，可以根据待处理边缘云计算任务的预测载荷，对待处理边缘云计算任务进行分流处理，例如将预测载荷较小的待处理边缘云计算任务分配到适合进行无服务计算的边缘云，将预测载荷较大的待处理边缘云计算任务分配到适合进行微服务计算的边缘云，从而平衡边缘云和低轨道卫星的载荷。
90.可以通过编写执行本实施例中的星载边缘云计算任务处理方法的计算机程序，将该计算机程序写入至计算机装置或者存储介质中，当计算机程序被读取出来运行时，执行本实施例中的星载边缘云计算任务处理方法，从而实现与实施例中的星载边缘云计算任务处理方法相同的技术效果。
91.需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本实施例所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实施例说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本实施例所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
92.应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本实施例所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。
93.应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中
描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。
94.此外，可按任何合适的顺序来执行本实施例描述的过程的操作，除非本实施例另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本实施例描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
95.进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、ram、rom等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本实施例所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
96.计算机程序能够应用于输入数据以执行本实施例所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
97.以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。