1.一种基于中低轨混合卫星网络的任务卸载方法,其特征在于,包括以下步骤:
101、设地面上用户i的任务卸载请求J={j},其中,j为并行子任务,初始化候选中轨协作卫星集合 候选低轨卫星集合
102、根据用户i的位置和当前星网状态,获取最佳低轨接入卫星sa,如果成功,跳转到步骤103,否则,跳转到步骤109;
103、将与低轨接入卫星sa存在星间链路的中轨卫星加入集合Sc,并根据接入卫星sa与中轨卫星的星间链路距离,对候选中轨协作卫星集合Sc中的元素升序排列;
104、如果 取出集合Sc中的第一颗中轨卫星s,令中轨协作卫星sc=s,将与sc存在星间链路的所有低轨卫星加入候选低轨卫星集合So,并根据sc与低轨卫星的星间链路距离,对集合So中的元素升序排列,跳转到步骤105,否则,跳转到步骤109;
105、令临时集合J′=J,如果 跳转到步骤106,否则,跳转到步骤104;
106、如果 取出集合J′中的第一个元素j,跳转到步骤107,否则,跳转到步骤
108;
107、根据候选低轨协作卫星集合So、子任务j的任务量mj和任务类型vj,为子任务j构建候选低轨卸载卫星集合Sj,如果成功,跳转到步骤106,否则,跳转到步骤104;
108、根据每个子任务j的候选低轨卸载卫星集合Sj,基于差分进化算法为任务卸载请求* *J构建最优任务卸载决策n ,如果成功,输出卸载决策n,跳转到步骤109,否则,跳转到步骤
104;
109、步骤结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于中低轨混合卫星网络的任务卸载方法,其特征在于,所述步骤102中获取最佳低轨接入卫星sa的方法包括以下步骤:
1)初始化候选低轨接入卫星集合
2)将满足用户i接入条件的低轨卫星加入集合Sa,如果 跳转到步骤3),否则,跳转到步骤6);
3)根据集合Sa中每颗卫星s的剩余计算资源 对Sa中的元素降序排列,计算用户i与集合Sa中低轨卫星s之间的距离di,s,根据di,s的值对 相同的卫星升序排列;
4)取出集合Sa中的第一颗低轨卫星s,令低轨接入卫星sa=s,并输出sa;
5)步骤结束。
3.根据权利要求2所述的一种基于中低轨混合卫星网络的任务卸载方法,其特征在于,所述步骤2)中,将满足用户i接入条件的低轨卫星加入集合Sa的方法具体包括:将地面用户i对于低轨卫星s的仰角γi,s大于等于星地通信最小仰角γmin,且低轨卫星s对地面用户i的剩余覆盖时间ti,s大于等于地面用户i的任务容忍时延 的低轨卫星s加入集合Sa,其中,地面用户i对于低轨卫星s的仰角γi,s的计算方法如公式(1)所示;
公式(1)中,Δφ=φi‑φs,φi和 分别表示地面用户i的经度和纬度,φs和 分别表示低轨卫星s的经度和纬度,R表示地球半径,h表示低轨卫星轨道高度。
4.根据权利要求2所述的一种基于中低轨混合卫星网络的任务卸载方法,其特征在于,所述步骤3)中,用户i与集合Sa中低轨卫星s之间的距离di,s的计算方法如公式(2)所示:公式(2)中,R表示地球半径,h表示低轨卫星轨道高度,θi,s表示地面用户i对于低轨卫星s的地心角,θi,s的计算如公式(3)所示,其中,γi,s表示地面用户i对于低轨卫星s的仰角。
5.根据权利要求1所述的一种基于中低轨混合卫星网络的任务卸载方法,其特征在于,所述步骤107中为子任务j构建候选低轨卸载卫星集合Sj的方法包括以下步骤:
6)令子任务j的候选低轨卫星集合Sj=So,临时集合Sj′=Sj;
7)如果 取出集合Sj′中第一颗卫星,根据子任务j的数据量mj和任务容忍时延maxt ,计算卫星s处理子任务j所需的计算资源zj,s,跳转到步骤8),否则,跳转到步骤10);
8)如果卫星s无vj类型的虚拟网络功能VNF实例,令zj,s=zj,s+z0,其中,z0为VNF实例化所需基础计算资源,跳转到步骤9),否则,跳转到步骤9);
9)如果卫星s上的剩余计算资源 小于zj,s,将卫星s从集合Sj中移除,跳转到步骤7),否则,跳转到步骤7);
10)步骤结束。
6.根据权利要求5所述的一种基于中低轨混合卫星网络的任务卸载方法,其特征在于,所述步骤7)中卫星s处理子任务j所需的计算资源zj,s的计算方法如公式(4)所示:max
公式(4)中,mj和oj分别表示任务卸载请求J中子任务j的任务数据量和任务复杂度,t表示任务卸载请求J的任务容忍时延, 表示任务卸载请求J中子任务j的上行传输时延,计算如公式(5)所示, 表示任务卸载请求J中子任务j的上行和下行传播时延,计算如公式(6)所示;
公式(5)中,Ri,s表示地面用户i与低轨卫星s之间的传输速率, 为二进制变量,表示子任务j是否经由中轨协作卫星s转发,如果子任务j经由中轨协作卫星s转发,令 否则,令 Re表示星间传输速率,公式(6)中,c为光速,de表示星间距离。
7.根据权利要求1所述的一种基于中低轨混合卫星网络的任务卸载方法,其特征在于,*所述步骤108中基于差分进化算法为任务卸载请求J构建最优任务卸载决策n的方法包括以下步骤:
11)设种群为集合N={n},其中,种群个体n={nj|j∈J}为卸载决策向量,nj为集合J中子任务j的卸载卫星,根据每一个子任务j的候选低轨卸载卫星集合Sj随机初始化nj,计算n的*目标函数值tn,令最优目标函数值t =min{tn|n∈N},最优个体 最大迭代次数为C,迭代计数变量c=0;
12)令c=c+1,如果c≤C,令临时集合N′=N,跳转到步骤13),否则,跳转到步骤16);
13)如果 取出集合N′中的第一个元素n,计算目标函数值tn,对n进行变异和交cross叉操作,获得变异交叉后的个体n ,计算目标函数值 跳转到步骤14),否则,跳转到步骤12);
cross
14)如果 令 n=n ,跳转到步骤15),否则,跳转到步骤13);
* * *
15)如果tn≤t,令t=tn,n=n,跳转到步骤13),否则,跳转到步骤13);
*
16)输出最优卸载决策n,步骤结束。
8.根据权利要求7所述的一种基于中低轨混合卫星网络的任务卸载方法,其特征在于,所述步骤11)中计算n的目标函数值tn的计算方法如公式(7)所示:公式(7)中,tj表示子任务j的卸载完成时延,计算如公式(8)所示:公式(8)中, 表示子任务j的计算时延,计算如公式(9)所示:公式(9)中, 表示低轨卫星s为子任务j分配的计算资源,计算如公式(10)所示:公式(10)中, 表示卫星s剩余可用计算资源,zj,s表示子任务j在卫星s处完成任务的所需计算资源。
9.根据权利要求7所述的一种基于中低轨混合卫星网络的任务卸载方法,其特征在于,所述步骤13)中对n进行变异和交叉操作的方法具体包括:(1)变异操作:通过公式(11)分别对个体n中的每一个nj进行变异处理,得到 从而获得变异后的个体公式(11)中, 表示向下取整,ε1,ε2,ε3表示数值区间[1,Sj]内的随机整数,且ε1≠ε2≠ε3, α1∈[0,1]表示变异缩放因子;
(2)交叉操作:通过公式(12)分别对个体n中的每一个nj进行交叉处理,得到 从而获得交叉后的个体公式(12)中,rand(0,1)表示数值区间[0,1)内的随机数,α2∈[0,1]表示交叉概率。