[發明專利]一種面向低軌衛星網絡的邊緣計算系統及計算卸載優化方法

有效

• 申請號: 202110875560.1
• 申請日: 2021-07-30
• 公開（公告）號: CN113794494B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 劉鋒;陳政霖;徐琬玥;彭凱;徐博;曾祥剛;李志康
• 申請（專利權）人: 湖北微源卓越科技有限公司
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 武漢藍寶石專利代理事務所(特殊普通合伙) 42242
• 代理人: 朱才永

本發明提供一種面向低軌衛星網絡的邊緣計算系統和計算卸載優化方法，邊緣計算系統包括低軌衛星網絡和地面站網絡，低軌衛星網絡和地面站網絡分別布置有衛星端邊緣服務器和地面端邊緣服務器。本發明的邊緣計算系統適配于低軌衛星網絡場景，低軌衛星承擔中繼以及計算雙重作用，一方面，保持其中繼轉發作用并利用低軌衛星通信網絡中高效的星間鏈路為地面通信網絡賦能；另一方面通過在衛星網絡邊緣部署計算資源，運用衛星端算力，使其可以與地面網絡協同進行部分任務處理；通過這種方式構建邊緣計算系統，傳統低軌衛星通信網絡的固有架構限制被打破的同時，衛星端能力也被合理拓展。

技術領域

本發明涉及通信網絡領域，更具體地，涉及一種面向低軌衛星網絡的邊緣計算系統及計算卸載優化方法。

背景技術

激蕩數年，裹挾于移動互聯網風靡云涌的時代洪流中，第五代移動通信技術(5-thgeneration mobile networks，5G)迎來了其如火如荼的高速發展期。5G技術被廣泛認定是新一代移動互聯網通用技術，將全面助力構筑社會形態向數字化的轉型。

在當前工業5.0時代的發展風口上，新興互聯網應用對服務質量(Quality-of-Service,QoS)的要求越發嚴格；同時大數據時代的演變進化也為井噴式增長的數據量推波助浪，這是5G核心網絡所罹受的首要挑戰。其次，作為新一代地面寬帶網絡，5G自然繼承了傳統地面網絡的物理局限性，即服務范圍受基站普及范圍的約束。盡管5G基站數量完成了井噴式增長，然而目前世界上仍有過半的地區，尤其是經濟不發達的農村區域、自然條件惡劣的特殊地形以及行蹤不定的遠洋郵輪尚不具備享受高速移動互聯網服務的條件。這種受制于地面環境以及現實條件的固有屬性成為了5G核心網絡所罹受的挑戰之二。具體來說，在人煙稀少的偏遠地區構建地面基站不符合經濟學原理，其經濟投入與實際回報損益比呈虧損狀態；而對一些自然條件極端惡劣的特殊地形區域，如沙漠、深海、極地等，在此極端區域構建地面基站更是猶如移山回海，并不符合現實因素。如此形勢下，5G核心網恐將會身陷囫圇，難以保障全球范圍內的高質量網絡服務：一方面，海量涌入網絡的請求造成的網絡擁塞加重了5G核心網的壓力；另一方面，受限于地面環境及現實因素，5G實現全球范圍內的覆蓋目前仍任重道遠。因此，一種新的移動互聯網服務架構設計需求呼之欲出，激發了全球學者踴躍學習的熱忱。

發明內容

本發明針對現有技術中存在的技術問題，提供一種面向低軌衛星網絡的邊緣計算系統及計算卸載優化方法，解決了解決當前地面站通信網絡存在的響應時間等局限性問題。

根據本發明的第一方面，提供了一種面向低軌衛星網絡的邊緣計算系統，包括低軌衛星網絡和地面站網絡，所述低軌衛星網絡和所述地面站網絡分別布置有衛星端邊緣服務器和地面端邊緣服務器；低軌衛星網絡中的中繼衛星接收用戶任務請求，并根據服務模式的不同將用戶任務分發至低軌衛星網絡和/或地面站網絡，以使所述衛星端邊緣服務器和/或所述地面端邊緣服務器對用戶任務進行處理；中繼衛星接收所述衛星端邊緣服務器和/或所述地面端邊緣服務器返回的用戶任務處理結果，將用戶任務處理結果回傳給用戶。

根據本發明的第二方面，提供一種基于面向低軌衛星網絡的邊緣計算系統的計算卸載優化方法，包括：分別計算本地執行方式、通過中繼衛星卸載到地面站邊緣服務器的執行方式以及通過中繼衛星卸載到衛星端邊緣服務器的執行方式對用戶任務進行處理的時間消耗和能量消耗；基于為用戶任務分配不同執行方式的不同分配策略，統計每一種分配策略對應的時間消耗和能量消耗，其中，根據分配策略，為多個用戶任務分配本地執行方式和/或通過中繼衛星卸載到地面站邊緣服務器的執行方式和/或通過中繼衛星卸載到衛星端邊緣服務器的執行方式；以時間消耗和能量消耗為總消耗，以總消耗最小作為目標函數，求解用戶任務的最優分配策略。