星地分布式卸载计算方法、装置以及相关设备

本发明属于通信，尤其涉及一种星地分布式卸载计算方法、装置、电子设备及可读存储介质。

背景技术：

1、目前，云计算技术已经成为现代信息技术领域的基础技术之一，越来越多的服务计算基于云计算提供。但由于云计算中心通常部署在网络云端，与终端用户的距离较远，因此使用云计算会产生高时延和高带宽等不可避免的问题。为解决云计算的一系列问题，许多学者提出移动边缘计算的概念，通过将计算资源下沉至更靠近用户的网络边缘，极大地缩短了任务的时延，提升了用户的服务质量和体验。早期的边缘计算依赖于地面通信基础设施，其覆盖范围多分布于发达地区，在一些偏远地区或特殊任务情景下效果较差。在此情况下，卫星网络凭借覆盖范围广、不受地势地形限制等优势逐渐被应用于移动通信和任务计算中，是下一代通信技术(6g)的重要组成部分，将卫星作为边缘计算平台也成为目前边缘计算研究的一大热点。而低轨卫星由于在卫星网络中具有对地服务时延小、动态移动性强等特点，成为卫星计算的主力军和主要研究对象。

2、当前，在轨运营的低轨卫星系统有铱星系统、oneweb和星链(starlink)等，其中以“星链”系统发展最为迅速。根据spacex向美国联邦通信委员会(fcc)提交的相关文件显示，starlink卫星星座计划部署约42000颗低轨卫星，构建巨型低轨卫星星座网络。截至到2023年2月，“星链”卫星升空数量接近4000颗。据公开数据显示，“星链”卫星单个用户链路的传输速率最高可达1gbps，每颗卫星可提供17gbps-23gbps的下行容量，链路时延约为15ms-20ms。“星链”卫星的规模之大为边缘计算提供了巨大的计算资源，因此本文选用“星链”卫星系统为主要研究场景，并在“星链”卫星上搭载边缘服务器，使其成为边缘计算节点。

3、但使用leo卫星与地面用户进行边缘计算还存在着许多问题。首先，leo卫星动态移动性强，卫星网络拓扑变化较快，与地面用户之间难以维持稳定有效的传输链路，因而选择合适的leo卫星与地面进行交互是卫星边缘计算的首要问题；同时，传统的计算卸载策略通常是将用户的计算任务全部卸载至边缘服务器上执行，但卫星搭载边缘服务器的计算能力毕竟有限，不能将其完全等效为传统的边缘服务器，因此选用合适的任务卸载策略也尤为重要。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种星地分布式卸载计算方法，旨在解决现有任务计算的实时性需求和在这一需求下云计算技术所带来的高时延等一系列问题。

2、本发明实施例是这样实现的，提供一种星地分布式卸载计算方法，包括以下步骤：

3、当接受地面用户任务后，确定任务卸载的卫星队列；

4、根据所述任务卸载的卫星队列，建立与参与所述任务卸载的卫星队列关于任务卸载的博弈模型；

5、根据所述任务卸载的博弈模型，确定卫星队列内的最优卸载策略；

6、根据所述最优卸载策略对所述地面用户任务进行卸载计算。

7、可选的，所述当接受地面用户任务后，确定任务卸载的卫星队列，包括：

8、当接受地面用户任务后，根据卫星集群中的卫星具体传输条件，选择一段时间内保持星地链路连通的卫星；

9、根据所述一段时间内保持星地链路连通的卫星，确定任务卸载的卫星队列。

10、可选的，所述根据所述任务卸载的卫星队列，建立与参与所述任务卸载的卫星队列关于任务卸载的博弈模型，包括：

11、将以时延为优化目标，建立与参与所述任务卸载的卫星队列关于任务卸载的博弈模型。

12、可选的，所述根据所述任务卸载的博弈模型，确定卫星队列内的最优卸载策略，包括：

13、在通过所述任务卸载的博弈模型进行博弈时，根据地面用户提出的定价策略动态调整卸载任务量；

14、根据所述动态调整后的卸载任务量，确定卫星队列内的最优卸载策略。

15、可选的，所述根据所述动态调整后的卸载任务量，确定卫星队列内的最优卸载策略，包括：

16、以卫星自身收益函数最大化为优化目标，采用分布式迭代算法，得到博弈纳什均衡解；

17、根据所述博弈纳什均衡解，确定卫星队列内的最优卸载策略。

18、可选的，在所述根据所述最优卸载策略对所述地面用户任务进行卸载计算之前，所述方法还包括：

19、根据所述最优卸载策略对所述任务卸载的博弈模型进行仿真处理，得到仿真结果。

20、可选的，在所述根据所述最优卸载策略对所述地面用户任务进行卸载计算之后，所述方法还包括：

21、通过星地链路将所述计算结果回传给地面用户。

22、本发明实施例还提供一种星地分布式卸载计算装置，包括：

23、第一确定模块，用于当接受地面用户任务后，确定任务卸载的卫星队列；

24、建立模块，用于根据所述任务卸载的卫星队列，建立与参与所述任务卸载的卫星队列关于任务卸载的博弈模型；

25、第二确定模块，用于根据所述任务卸载的博弈模型，确定卫星队列内的最优卸载策略；

26、处理模块，用于根据所述最优卸载策略对所述地面用户任务进行卸载计算。

27、本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并能够在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如任一实施例中所述的一种星地分布式卸载计算方法。

28、本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如任一实施例中所述的一种星地分布式卸载计算方法。

29、本发明所达到的有益效果，本申请当接受地面用户任务后，确定任务卸载的卫星队列；根据所述任务卸载的卫星队列，建立与参与所述任务卸载的卫星队列关于任务卸载的博弈模型；根据所述任务卸载的博弈模型，确定卫星队列内的最优卸载策略；根据所述最优卸载策略对所述地面用户任务进行卸载计算。通过接受地面用户任务确定任务卸载的卫星队列，建立任务卸载的博弈模型，并确定卫星队列内的最优卸载策略，利用最优卸载策略对地面用户任务进行卸载计算，能够实现多颗卫星协同卸载计算的同时有效降低任务时延。

技术特征：

1.一种星地分布式卸载计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述当接受地面用户任务后，确定任务卸载的卫星队列，包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述任务卸载的卫星队列，建立与参与所述任务卸载的卫星队列关于任务卸载的博弈模型，包括：

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述任务卸载的博弈模型，确定卫星队列内的最优卸载策略，包括：

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述动态调整后的卸载任务量，确定卫星队列内的最优卸载策略，包括：

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述根据所述最优卸载策略对所述地面用户任务进行卸载计算之前，所述方法还包括：

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述根据所述最优卸载策略对所述地面用户任务进行卸载计算之后，所述方法还包括：

8.一种星地分布式卸载计算装置，其特征在于，所述装置包括：

9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并能够在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一项所述的一种星地分布式卸载计算方法。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的一种星地分布式卸载计算方法。

技术总结
本发明适用于通信技术领域，提供了一种星地分布式卸载计算方法、装置、电子设备及可读存储介质，方法包括：当接受地面用户任务后，确定任务卸载的卫星队列；根据所述任务卸载的卫星队列，建立与参与所述任务卸载的卫星队列关于任务卸载的博弈模型；根据所述任务卸载的博弈模型，确定卫星队列内的最优卸载策略；根据所述最优卸载策略对所述地面用户任务进行卸载计算。通过接受地面用户任务确定任务卸载的卫星队列，建立任务卸载的博弈模型，并确定卫星队列内的最优卸载策略，利用最优卸载策略对地面用户任务进行卸载计算，能够实现多颗卫星协同卸载计算的同时有效降低任务时延。

技术研发人员：菅欣柯
受保护的技术使用者：西安工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15