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专利号: 2025102463735
申请人: 南京信息工程大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-01-08
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于地面协同计算的近地卫星通信任务卸载方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)建立卫星通信任务卸载模型,其中,所述卫星通信任务卸载模型以任务卸载总时延最低为目标,以卫星的任务卸载率策略α、任务在卫星上的卸载路径策略γ 、任务在地面站上的卸载路径策略β为待求解变量,所述任务卸载总时延具体为任务在卫星上的计算时延、任务从卫星卸载到地面站的传输时延、任务在地面站间的传输时延和任务在地面站上的计算时延的和;

(2)设置外循环迭代次数a=0,内循环迭代次数b=0;

(3)将第a次外循环、第b次内循环时,卫星的任务卸载率策略α(a)(b)、任务在卫星上的卸载路径策略γ (a)(b)、任务在地面站上的卸载路径策略β(a)(b),分别赋值为第a次外循环时的任务卸载率策略α(a)、任务在卫星上的卸载路径策略γ (a)、任务在地面站上的卸载路径策略β(a),其中,α(a)、β(a)、γ (a)的初始值随机生成;

(4)将卫星通信任务卸载模型中α作为待求解变量,将β、γ 分别赋值为β(a)(b)、γ (a)(b),从而将卫星通信任务卸载模型优化为部分任务卸载子模型,求解所述部分任务卸载子模型,得到第a次外循环、第b+1次内循环时卫星的任务卸载率策略α(a)(b+1);

(5)将卫星通信任务卸载模型中γ 作为待求解变量,将α赋值为α(a)(b+1),从而将卫星通信任务卸载模型优化为卫星卸载路径选择子模型;

(6)求解所述卫星卸载路径选择子模型,得到第a次外循环、第b+1次内循环时任务在卫星上的卸载路径策略γ (a)(b+1);

(7)判断α(a)(b+1)、γ (a)(b+1)是否满足预设收敛条件,若是,则执行步骤(8),否则,将b=b+

1,并返回执行步骤(4);

(8)设置α(a+1) = α(a)(b+1),γ (a+1) =γ (a)(b+1) ;

(9)将卫星通信任务卸载模型中β作为待求解变量,将α、γ 分别赋值为α(a+1)、γ (a+1),从而将卫星通信任务卸载模型优化为地面站卸载路径选择子模型;

(10)求解所述地面站卸载路径选择子模型,得到第a+1次外循环时任务在地面站上的卸载路径策略β(a+1);

(11)判断β(a+1)是否等于β(a),若否,则将a=a+1,b=0,并返回执行步骤(3),若是,则将α(a+1)、β(a+1) 、γ (a+1)作为α、β、γ 的最优值输出。

2.根据权利要求1所述的基于地面协同计算的近地卫星通信任务卸载方法,其特征在于,所述卫星通信任务卸载模型具体为:,

s.t. ,

式中,t表示任务卸载总时延, 、 分别表示与地面站n、l、i通信的卫星集合,N表示地面站集合, 表示地面站n与卫星smn之间的任务的卸载时延,smn表示与地面站n通信的第m个卫星,k表示 中元素,z表示N\l中元素, 表示任务在卫星smn上的计算时延, 表示任务从卫星smn卸载到地面站n的传输时延, 表示卫星smn的任务在地面站间的传输时延, 表示卫星smn的任务在地面站上的计算时延; 、 分别表示卫星smn、sjn、skl的任务卸载率,sjn表示与第n个地面站通信的第j个卫星,skl表示与第l个地面站通信的第k个卫星, 表示卫星smn接收的任务量, 表示卫星skl接收的任务量, 分别表示卫星smn、sjn、skl接收的任务的计算量, 分别表示卫星smn、skl接收的任务的复杂度, 分别表示卫星smn、sjn、skl的任务到达速率, 表示卫星smn的计算资源, 表示卫星smn与地面站n间的距离,表示光速, 表示值为0或1的任务卫星卸载路径指示变量,当任务从卫星sjn卸载到了卫星smn时 ,否则 , 表示中转指示变量,当有任务传输到卫星smn后又卸载到地面站n时,否则 , 表示卫星smn任务卸载到地面站的传输速率, 、 分别表示卫星sjn与卫星smn间的传输速率、距离, 、 均表示任务地面站卸载路径指示变量,当任务从卫星smn卸载到了地面站n又卸载到了地面站i时 ,否则 ,表示地面站间传输速率, 表示地面站间传输的带宽, 表示地面站n和地面站i之间的距离, 表示地面站i的计算资源, 为卫星smn能接受的任务处理最大延迟, 为卫星smn在地面站传输范围内停留的时间, 表示卫星smn任务卸载到地面站总过程所花费的时间,α={ }, , 。

3.根据权利要求2所述的基于地面协同计算的近地卫星通信任务卸载方法,其特征在于,步骤(4)中所述部分任务卸载子模型具体为:,

s.t. C1,C4,C5,C8,C9,C10,式中, 表示当采取策略 时的总时延, 分别表示 的赋值,即β(a)(b)中 的值、γ (a)(b)中 的值。

4.根据权利要求2所述的基于地面协同计算的近地卫星通信任务卸载方法,其特征在于,步骤(4)中所述部分任务卸载子模型采用凸优化内点法求解。

5.根据权利要求2所述的基于地面协同计算的近地卫星通信任务卸载方法,其特征在于,步骤(5)中所述卫星卸载路径选择子模型具体为:,

s.t. C6,C7,

式中, 表示当采取策略 时的时延, 表示 的赋值,即α(a)(b+1)中 的值。

6.根据权利要求5所述的基于地面协同计算的近地卫星通信任务卸载方法,其特征在于,步骤(6)具体包括:(6.1)从地面站集合N中选择任意还未遍历过的地面站n;

(6.2)将当前策略 更新为 ,其中,当前策略 表示当前与地面站n通信的所有卫星的卸载路径策略, 为上一次迭代结束时与地面站n通信的所有卫星的卸载路径策略, 的初始值随机生成;

(6.3)求解如下模型,得到当前次迭代过程中与地面站n通信的所有卫星的卸载路径策略:,

s.t. ,

式中, 表示使得 最小的 的值, 表示当采取策略 时地面站n接收的任务的总时延, 表示当前次迭代过程中与地面站n通信的所有卫星的卸载路径策略;

(6.4)计算采取策略 时地面站n接收的任务的总时延 ,以及采用策略时地面站n接收的任务的总时延 ,其中,表示 与 的并集;

(6.5)判断是否满足 ,表示时间增量阈值,若满足,则执行步骤(6.7),否则执行步骤(6.6);

(6.6)将 = ,并返回执行步骤(6.2);

(6.7)将 作为与地面站n通信的所有卫星的卸载路径策略的最优值 ;

(6.8)判断地面站集合N是否被遍历完,若是则执行步骤(6.9),若否,则返回执行步骤(6.1);

(6.9)将 作为 的最优值,并赋值给γ (a)(b+1)。

7.根据权利要求2所述的基于地面协同计算的近地卫星通信任务卸载方法,其特征在于,步骤(9)中所述地面站卸载路径选择子模型具体为:,

式中,表示地面站卸载路径选择子模型,具体为博弈模型,V表示参与博弈的地面站集合, 是卫星smn卸载任务的效用函数, 、 分别表示 、 的赋值,即α(a+1)中 、的值。

8.根据权利要求7所述的基于地面协同计算的近地卫星通信任务卸载方法,其特征在于,步骤(10)中采用多轮博弈方法求解所述地面站卸载路径选择子模型,每轮博弈具体包括:(10.1)将当前策略 更新为策略 ,其中,当前策略 的初始值随机生成, 为上一次迭代结束时的卸载路径策略;

(10.2)对于每个地面站n,求解如下模型,得到与地面站n通信的每个卫星的卸载路径策略:, ,

式中, 表示卫星smn的卸载路径策略, 表示使得最小的 的值;

(10.3)将所有卫星的卸载路径策略添加到策略总集合Ω中,求解如下模型:,

式中,表示总效用, 表示使得 最小的 的值;

(10.4)判断是否满足 ,其中, 表示将 加入 中替换原 后的总效用, 表示在当前策略 下的总效用;若是,则执行步骤(10.5),否则执行步骤(10.6);

(10.5)将策略 更新为步骤(10.3)求解到的 ,并将 添加到Ω中,返回执行步骤(10.3);

(10.6)判断策略 是否等于当前策略 ,若不等于,则返回执行步骤(10.1),若等于,则博弈达到了纳什均衡,将策略 作为 的最终策略,赋值给β(a+1)。

9.根据权利要求2所述的基于地面协同计算的近地卫星通信任务卸载方法,其特征在于,步骤(7)中所述预设收敛条件具体为:,

式中, 表示 分别取值为 时的

总时延, 表示 分别取值为 时的总时延,表示时延阈值。

10.一种计算机程序产品,包括计算机程序/指令,其特征在于,所述计算机程序/指令被处理器执行时实现权利要求1‑9中任一项所述的方法。