[發(fā)明專利]一種衛(wèi)星輕量級分布式編排系統(tǒng)及方法

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• 申請日: 2022-05-20
• 公開（公告）號: CN115133973A
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜春曉;殷柳國;葛寧;李朕
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04L41/044;H04L41/50;G06F9/50
• 代理公司: 北京紀凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 趙悅

本發(fā)明屬于衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種衛(wèi)星輕量級分布式編排系統(tǒng)及方法，包括：編排器層和任務(wù)卸載衛(wèi)星層；編排器層包括若干編排器，每一個編排器與任務(wù)卸載衛(wèi)星層中某一域內(nèi)由若干負載衛(wèi)星組成的星群對應(yīng)，編排器用于對星群中的負載衛(wèi)星進行資源分配；負載衛(wèi)星用于提供服務(wù)地面用戶的資源或為其他衛(wèi)星提供共享資源，衛(wèi)星之間的共享資源采用市場交易機制，形成合約，并向編排器層中的所有編排器宣布合約。其基于合同理論的輕量級星間交互機制，通過星間一次交互，即可實現(xiàn)星間協(xié)同任務(wù)的資源合理分配，相比現(xiàn)有以分布式優(yōu)化為主的星間交互方法而言，可大幅降低星間通信開銷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星輕量級分布式編排系統(tǒng)、方法和可讀存儲介質(zhì)，屬于衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種天基邊緣通信場景下，基于合同理論的輕量級星間交互機 制。

背景技術(shù)

隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，從1G向5G演進的地面無線網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)服務(wù)了大部分用戶，解決了基礎(chǔ)通信問題。然而，地面無線網(wǎng)絡(luò)嚴重依賴基礎(chǔ)設(shè)施，無法覆蓋海洋和 人煙稀少的地區(qū)。為此，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為一種具有廣泛覆蓋能力的有前途的技術(shù)，可以 在世界任何地區(qū)隨時實現(xiàn)按需覆蓋。

然而，現(xiàn)有的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)是由地面控制中心集中式管控的，無法支撐未來天基網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，其缺點體現(xiàn)在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的抗毀性和穩(wěn)定性大幅降低。此外，因為用戶的 請求必須由地面控制中心生成，并將其傳輸至全球所有衛(wèi)星，這是一個極其耗時的過 程。因此，分布式星上在線管控機制應(yīng)時而生。傳統(tǒng)分布式資源分配方法有以下案例， 例如：通過協(xié)作式多智能體深度強化學(xué)習(xí)框架的方法提升無線電資源并提高傳輸效率， 但該方法難以確保穩(wěn)定的系統(tǒng)性能，系統(tǒng)性能的穩(wěn)定性差且嚴重依賴于參數(shù)選取；通 過基于粒子群優(yōu)化(PSO)算法的分布式計算卸載星上決策模型，但PSO算法屬于啟 發(fā)式方法缺少理論保障且性能魯棒性差。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供了一種衛(wèi)星輕量級分布式編排系統(tǒng)、方法和可讀存儲介質(zhì)，其基于合同理論的輕量級星間交互機制，通過星間一次交互，即可實 現(xiàn)星間協(xié)同任務(wù)的資源合理分配，相比現(xiàn)有以分布式優(yōu)化為主的星間交互方法而言， 可大幅降低星間通信開銷。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了以下技術(shù)方案：一種衛(wèi)星輕量級分布式編排系統(tǒng)，包括：編排器層和任務(wù)卸載衛(wèi)星層；編排器層包括若干編排器，每一個編排器與任務(wù) 卸載衛(wèi)星層中某一域內(nèi)由若干負載衛(wèi)星組成的星群對應(yīng)，編排器用于對星群中的負載 衛(wèi)星進行資源分配；負載衛(wèi)星用于提供服務(wù)地面用戶的資源或為其他衛(wèi)星提供共享資 源，衛(wèi)星之間的共享資源采用市場交易機制，形成合約，并向編排器層中的所有編排 器宣布合約。

進一步，市場交易機制為資源需求星與資源供應(yīng)星之間的額雙邊買賣關(guān)系，資源需求星向資源供應(yīng)星請求CPU資源，并根據(jù)其私有類型付費，資源供應(yīng)星通過提供 CPU資源從資源需求星處獲得報酬。

進一步，合約包括資源供應(yīng)星能夠提供的CPU資源和資源需求星能夠支付的資金。

進一步，資源需求星效用函數(shù)為下式：

U_R(θ,q(θ),t(θ))＝θv(q(θ))-t(θ) ＝θ(1-e^-q(θ))-t(θ)

其中，U_R為效用函數(shù)，θ是表示資源需求星的私有類型；t(θ)是資源需求星支付的資金，v(q(θ))是當(dāng)資源需求星從資源供應(yīng)星處獲得CPU資源量為q(θ)時的利潤；q(θ) 是資源供應(yīng)星所提供的CPU資源。

進一步，資源供應(yīng)星的效用函數(shù)為下式：

U_P(q(θ),t(θ))＝t(θ)-c(q(θ)) ＝t(θ)-c₀q²(θ)