[發明專利]基于增廣拉格朗日法的LEO衛星計算資源分配方法及系統

在審

• 申請號: 202110349549.1
• 申請日: 2021-03-31
• 公開（公告）號: CN113010318A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 付佳佳;吳贊紅;盧建剛;曾瑛;朱海龍;陳宇航;李偉堅;施展;張國翊;李星南;黃山珂
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司電力調度控制中心;中國南方電網有限責任公司
• 主分類號: G06F9/50
• 分類號: G06F9/50
• 代理公司: 廣州三環專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 陳旭紅;呂金金

本發明公開了一種基于增廣拉格朗日法的LEO衛星計算資源分配方法及系統，所述方法包括根據用戶計算資源的需求總量構建分配矩陣；通過分配矩陣，將資源池中部分計算資源平均分配給每個用戶，資源池包括LEO衛星系統內所有衛星的計算資源；根據需求總量構建拉格朗日函數，通過拉格朗日乘子計算最優解，并根據最優解將所述資源池剩余計算資源分配給用戶。本發明通過將各衛星的計算設備組合成資源池，集中式為用戶分配計算資源，提高了分配效率；將預分配和動態分配相結合，在預分配中為所有用戶預分配部分計算資源；在動態分配中基于增廣拉格朗日法為每個用戶動態分配計算資源，從而科學有效地進行計算資源的分配，滿足了業務需求。

技術領域

本發明涉及LEO衛星應用技術領域，具體涉及一種基于增廣拉格朗日法的LEO衛星計算資源分配方法及系統。

背景技術

無線通信技術、衛星通信技術、公共頻段組網技術等，能夠在電力系統故障期間快速啟用，不受地理條件和自然災害的限制，以較低成本實現長距離通信。其中，衛星通信技術中最為常見的是GEO衛星通信技術，但隨著多媒體業務和全球移動業務的迅速增長，GEO衛星在時延和頻譜等方面逐漸無法滿足應用需求，因此LEO衛星應運而生，并且憑借其低時延、低損耗等優勢，克服了GEO衛星的缺點，并實現了全球無縫覆蓋。

然而，由于受限于功率以及設備體積，LEO衛星的星上處理能力極其有限，進而導致LEO衛星的計算資源在分配時缺乏客觀依據，分配效率低下且分配結果不合理。同時，由于衛星的覆蓋范圍較廣，地面用戶的分布具有潮汐效應，因此會出現某一波束內業務請求過多，而其他波束的請求較少的情況。而針對這種情況，現有的LEO衛星計算資源分配方法不能夠分門別類、有針對性地分配資源，同樣使得分配結果缺乏合理性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于增廣拉格朗日法的LEO衛星計算資源分配方法及系統，該方法通過將各衛星的計算設備組合成資源池，集中式的為用戶分配計算資源，以提高分配效率；同時該方法包括計算資源預分配和動態分配相結合的兩步分配方案，從而科學有效地進行資源分配，滿足了業務需求。

為了克服上述現有技術中的缺陷，本發明提供了一種基于增廣拉格朗日法的LEO衛星計算資源分配方法，包括：

根據用戶計算資源的需求總量構建分配矩陣；

通過所述分配矩陣，將資源池中部分計算資源平均分配給每個用戶，所述資源池包括LEO衛星系統內所有衛星的計算資源；

根據所述需求總量構建拉格朗日函數，通過拉格朗日乘子計算最優解，并根據所述最優解將所述資源池剩余計算資源分配給用戶。

進一步地，所述根據用戶計算資源的需求總量構建分配矩陣，包括：

確定用戶及資源池中的計算資源集合，分別為：

X＝{x_m|x_m＝1，2，...，M}

Y＝{y_n|y_n＝1，2，…，5}

根據集合X和Y，確定計算資源的分配矩陣：

式中，a_mn表示各用戶對計算單元的占用狀況，m和n分別表示用戶和基帶處理單元的編號；且a_mn∈{0，1}，當a_mn＝1時，表示將基帶處理單元y_n分配給用戶x_m。

進一步地，在所述根據用戶計算資源的需求總量構建分配矩陣之后，還包括：

初始化LEO衛星系統的系統參數，采用公式：