[發(fā)明專利]基于蟻群算法的面向低軌道衛(wèi)星邊緣計算任務調度方法

有效

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• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112653500B
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發(fā)明（設計）人: 王波;馮彤;黃冬艷;李簫航;謝杰成;任英琦;付中衛(wèi)
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04L47/24;G06N3/00;G06F9/50;G06F9/48
• 代理公司: 桂林市華杰專利商標事務所有限責任公司 45112
• 代理人: 童世鋒

本發(fā)明公開了一種基于蟻群算法的面向低軌道衛(wèi)星邊緣計算任務調度方法，該方法面向LEO衛(wèi)星邊緣計算場景，建立了一個在設備的計算資源(例如中央處理單元頻率和存儲器)、電池能量受限和多用戶具有不同服務質量（quality of service，QoS）需求約束下的時延和能耗的系統(tǒng)花費函數，設計了一個基于蟻群算法的任務調度方法，采用蟻群算法優(yōu)化多設備的任務執(zhí)行次序問題，并且通過調度時鐘頻率優(yōu)化本地計算的花費，從而達到系統(tǒng)的總花費最小。仿真結果表明，所提算法的系統(tǒng)花費分別比隨機排序算法、大任務首先排序算法和小任務首先排序算法低17.5%、14.3%和22.2%。

技術領域

本發(fā)明涉及低地球軌道(LEO)衛(wèi)星和移動邊緣計算(MEC)的技術領域，具體是一種基于蟻群算法的面向低軌道衛(wèi)星邊緣計算任務調度方法。

背景技術

隨著第五代(5th Generation，5G)移動通信網絡的商用，6G在覆蓋范圍和容量方面已經被要求提供更多樣化的服務。面向6G的廣覆蓋需求，衛(wèi)星通信具有天然的優(yōu)勢，將發(fā)揮關鍵作用。其中LEO衛(wèi)星具有高容量(1Tbps)和低時延(20-50毫秒)的特點，因此LEO衛(wèi)星網絡目前在學術界和產業(yè)界獲得高度關注。

根據歐洲電信標準協(xié)會(European Telecommunications Standards Institute，ETSI)2014年發(fā)布的白皮書，MEC被定義為：“移動邊緣計算能夠在移動設備附近的無線接入網絡(RAN)范圍內提供IT服務環(huán)境和云計算能力。”MEC主要的研究方向包括：MEC服務編排、安全機制、計算卸載、邊緣緩存。

面向未來通信需求，沙漠、森林、海洋等地區(qū)，存在數量眾多、類型多樣的用戶數據處理需求，例如人類科考工作的數據處理。同時這些區(qū)域物聯網(Internet of Things，IoT)終端也需要廣泛部署，例如陸源入海污染物的實時檢測反饋。但是這些區(qū)域缺乏地面移動通信網絡的有效覆蓋，這導致依賴于地面移動通信網絡的典型MEC技術無法應用于此類場景。因此，近年來有關衛(wèi)星邊緣計算的研究成為一種趨勢。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是面向LEO衛(wèi)星邊緣計算場景，從MEC服務器資源受限和單個設備QoS需求方面考慮，既保證了有限計算資源的合理分配又保證了在單個設備QoS需求滿足的條件下使整個系統(tǒng)花費最小。發(fā)明內容包括:(1)在本地設備的計算資源(中央處理單元頻率和存儲器)受限、電池能量受限和多設備具有不同QoS需求的約束下，建立了時延和能耗的系統(tǒng)花費函數。(2)提出了基于蟻群算法的計算卸載策略，采用蟻群算法優(yōu)化多設備的任務執(zhí)行次序問題,并且通過調度時鐘頻率優(yōu)化本地計算的花費，使時延和能耗系統(tǒng)的總花費最小實現本發(fā)明目的的技術方案是：

一種基于蟻群算法的面向低軌道衛(wèi)星邊緣計算任務調度方法，包括如下步驟：

1)建立通信模型：根據設備個數k(k∈{1,2,...K})、信道帶寬B、傳輸功率P_k、高斯白噪聲信號的功率σ₀、信道增益g_k,s和其他設備對設備k產生的干擾建立上行傳輸速率R_k模型，表達式為

2)建立計算模型：包括所需的CPU周期數目c_k，上行數據大小d_k，計算模型分為本地計算和衛(wèi)星計算模型，包括如下步驟：

2-1)建立本地計算模型，包括如下步驟：

2-1-1)利用所需的CPU周期數目c_k和時鐘頻率f_k,l建立本地計算時延模型T_k,l，其表達式為

2-1-2)利用所需的CPU周期數目c_k、時鐘頻率f_k,l和有效的開關電容κ建立本計算能耗模型E_k,l，其表達式為E_k,l＝kc_k(f_k,l)²；