本發(fā)明屬于電子信息領(lǐng)域，具體涉及一種低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中被阻塞任務(wù)遷移的計(jì)算方法。

背景技術(shù)：

1、在星地一體化網(wǎng)絡(luò)中，低軌衛(wèi)星可以為地面用戶提供通信、邊緣計(jì)算和遙感等多種服務(wù)。然而，遙感等服務(wù)需要低軌衛(wèi)星提供數(shù)據(jù)量較大的高清晰度檢測圖像，低軌衛(wèi)星通常需要花費(fèi)很長的傳輸時(shí)間和發(fā)送功率將這些未處理數(shù)據(jù)傳輸給地面用戶。因此，為了減少傳輸時(shí)間和降低能耗，低軌衛(wèi)星可以利用星載計(jì)算資源對未處理數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并僅將處理后的結(jié)果發(fā)送給地面用戶。

2、由于低軌衛(wèi)星的尺寸、重量和功率等的限制，單顆衛(wèi)星的星載計(jì)算資源通常有限。隨著用戶數(shù)量的增加，低軌衛(wèi)星需要更多的星載計(jì)算資源來處理這些任務(wù)。為了解決這一問題，低軌衛(wèi)星可以使用衛(wèi)星間鏈路進(jìn)行組網(wǎng)，從而共享計(jì)算資源，并通過協(xié)作計(jì)算來提高計(jì)算效率。因此，任務(wù)遷移的方法可以有效的將計(jì)算任務(wù)在低軌衛(wèi)星之間，以及低軌衛(wèi)星和地面用戶之間進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，提高計(jì)算資源的利用效率。

3、當(dāng)前的任務(wù)遷移方法盡管可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源的最優(yōu)調(diào)度，然而并未統(tǒng)籌考慮以下問題。首先，任務(wù)遷移通常需要獲取相鄰低軌衛(wèi)星的狀態(tài)信息，然而衛(wèi)星間的距離較遠(yuǎn)，狀態(tài)信息的獲取需要增加成本且獲取的信息存在滯后性；其次，在實(shí)際應(yīng)用中，由于低軌衛(wèi)星中的一些計(jì)算節(jié)點(diǎn)面臨著用戶數(shù)量變化、電源管理和計(jì)算資源共享等問題，任務(wù)到達(dá)和任務(wù)處理時(shí)間的隨機(jī)性，呈動(dòng)態(tài)變化；最后，任務(wù)遷移會(huì)導(dǎo)致低軌衛(wèi)星系統(tǒng)的計(jì)算任務(wù)數(shù)量增長，當(dāng)計(jì)算任務(wù)數(shù)量超出系統(tǒng)承載能力，會(huì)對低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算穩(wěn)定性帶來負(fù)面影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中被阻塞任務(wù)遷移的計(jì)算方法，應(yīng)用于低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中，對被阻塞任務(wù)在低軌衛(wèi)星間和低軌衛(wèi)星與用戶間進(jìn)行遷移調(diào)度，該方法無需實(shí)時(shí)獲取相鄰低軌衛(wèi)星的狀態(tài)信息，避免了任務(wù)遷移對低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)計(jì)算穩(wěn)定性的影響，且適配任務(wù)到達(dá)和任務(wù)處理時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的場景。

2、本發(fā)明所述的一種低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中被阻塞任務(wù)遷移的計(jì)算方法，包括以下步驟：

3、步驟1、統(tǒng)計(jì)低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中固定時(shí)間內(nèi)到達(dá)低軌衛(wèi)星的新任務(wù)數(shù)量，并計(jì)算新任務(wù)到達(dá)率及傳輸時(shí)間相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)；

4、步驟2、通過步驟1中得到的系統(tǒng)參數(shù)，計(jì)算每個(gè)低軌衛(wèi)星的最大任務(wù)阻塞概率，及低軌衛(wèi)星的最大新任務(wù)到達(dá)率；

5、步驟3、將所述新任務(wù)到達(dá)率和所述最大新任務(wù)到達(dá)率進(jìn)行大小比較，并計(jì)算相應(yīng)情況下的遷移參數(shù)的取值范圍，其中遷移參數(shù)指低軌衛(wèi)星將被阻塞任務(wù)發(fā)送至任一相鄰地軌衛(wèi)星的概率；

6、步驟4、根據(jù)所述遷移參數(shù)的取值范圍，計(jì)算遷移參數(shù)的最優(yōu)值，使得平均任務(wù)完成時(shí)間最小；

7、步驟5、基于所述遷移參數(shù)的最優(yōu)值對被低軌衛(wèi)星阻塞的任務(wù)在相鄰低軌衛(wèi)星和地面用戶間進(jìn)行任務(wù)分配；

8、步驟6、繼續(xù)統(tǒng)計(jì)步驟1中的新任務(wù)到達(dá)率及系統(tǒng)參數(shù)，判斷新任務(wù)到達(dá)率及系統(tǒng)參數(shù)是否超出預(yù)設(shè)的誤差范圍；若是，則根據(jù)獲取的新的系統(tǒng)參數(shù)重新進(jìn)行步驟2至步驟5。

9、進(jìn)一步地，步驟1中，所述系統(tǒng)參數(shù)包括傳輸未處理數(shù)據(jù)至地面用戶的平均時(shí)間、傳輸數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果至地面用戶的平均時(shí)間、傳輸未處理數(shù)據(jù)至臨近低軌衛(wèi)星的平均時(shí)間和低軌衛(wèi)星處理任務(wù)的平均時(shí)間；

10、所述新任務(wù)到達(dá)率；新任務(wù)指首次到達(dá)任一低軌衛(wèi)星的來自地面用戶的數(shù)據(jù)獲取請求，其中用戶所需數(shù)據(jù)指低軌衛(wèi)星中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)；低軌衛(wèi)星通過以下兩種方式完成任務(wù)：利用星載計(jì)算資源處理數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果發(fā)送回地面用戶；不進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，直接將未處理的數(shù)據(jù)發(fā)送回地面用戶。

11、進(jìn)一步地，步驟2中，任務(wù)阻塞指低軌衛(wèi)星拒絕或無法為該任務(wù)提供計(jì)算服務(wù)；低軌衛(wèi)星的任務(wù)阻塞概率p定義為：低軌衛(wèi)星在接收新到達(dá)任務(wù)以及其它低軌衛(wèi)星發(fā)送來的被阻塞任務(wù)時(shí)，任意任務(wù)被阻塞的概率；

12、最大任務(wù)阻塞概率定義為：低軌衛(wèi)星的任務(wù)阻塞概率p的最大值，即當(dāng)總?cè)蝿?wù)到達(dá)率等于低軌衛(wèi)星中所有計(jì)算節(jié)點(diǎn)的總計(jì)算速度時(shí)，任意任務(wù)被低軌衛(wèi)星阻塞的概率，即，σ是求和符號(hào)，計(jì)算其后公式中變量i取0到之間所有整數(shù)值的和；

13、其中，總?cè)蝿?wù)包括新任務(wù)和其它低軌衛(wèi)星發(fā)送來的被阻塞任務(wù)，是低軌衛(wèi)星中計(jì)算節(jié)點(diǎn)數(shù)量；

14、低軌衛(wèi)星的最大新任務(wù)到達(dá)率的計(jì)算方式為：總?cè)蝿?wù)到達(dá)率滿足的條件下，利用計(jì)算新任務(wù)占總?cè)蝿?wù)數(shù)量的比例，即。

15、進(jìn)一步地，步驟3具體為：

16、如果，則遷移參數(shù)的取值范圍為，其中，即取0到1范圍內(nèi)的任意數(shù)值，表示元素和集合之間的關(guān)系；

17、如果，則遷移參數(shù)的取值范圍根據(jù)實(shí)際情況在0至1的范圍內(nèi)預(yù)先設(shè)置或根據(jù)如下公式計(jì)算：。

18、進(jìn)一步地，步驟4具體為：

19、平均任務(wù)完成時(shí)間t的計(jì)算方式為：根據(jù)任務(wù)到達(dá)低軌衛(wèi)星時(shí)，任務(wù)被服務(wù)的概率、被阻塞的概率、被遷移至相鄰低軌衛(wèi)星的概率和發(fā)送至用戶的概率，以及相對應(yīng)的時(shí)間，計(jì)算任務(wù)從到達(dá)低軌衛(wèi)星起，至地面用戶接收到數(shù)據(jù)處理結(jié)果或未處理數(shù)據(jù)所用的平均時(shí)間；平均任務(wù)完成時(shí)間，其公式為：

20、，

21、此時(shí)，總?cè)蝿?wù)到達(dá)率，其公式為：；

22、遷移參數(shù)的最優(yōu)值的計(jì)算方式為：根據(jù)平均任務(wù)完成時(shí)間，搜索使得達(dá)到最小值的遷移參數(shù)的值，其公式為：，

23、其中，argmin表示一個(gè)函數(shù)在其定義域中取得最小值的參數(shù)值。

24、進(jìn)一步地，步驟5中，當(dāng)任意任務(wù)被低軌衛(wèi)星阻塞后，低軌衛(wèi)星以的概率將該被阻塞任務(wù)隨機(jī)發(fā)送到任一相鄰低軌衛(wèi)星；低軌衛(wèi)星會(huì)以的概率放棄處理被阻塞任務(wù)，直接將未處理數(shù)據(jù)發(fā)送給該任務(wù)所屬的地面用戶。

25、進(jìn)一步地，步驟6中，按一定間隔時(shí)間，對新任務(wù)到達(dá)率及傳輸時(shí)間相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行重新統(tǒng)計(jì)；如果新獲得的數(shù)據(jù)超出設(shè)定的誤差范圍，則采用新數(shù)據(jù)重復(fù)步驟2至步驟5更新遷移參數(shù)的最優(yōu)值，并根據(jù)按照更新后的分配被阻塞任務(wù)。

26、本發(fā)明所述的有益效果為：本發(fā)明所述方法對低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中的被阻塞任務(wù)進(jìn)行遷移，根據(jù)步驟1的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)統(tǒng)計(jì)，不需要實(shí)時(shí)獲取相鄰低軌衛(wèi)星的狀態(tài)信息，降低了狀態(tài)信息的獲取需要的成本；本發(fā)明方法通過對遷移參數(shù)的取值范圍的限制，降低被阻塞任務(wù)遷移對整體低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算穩(wěn)定性帶來的潛在負(fù)面影響；通過對每一個(gè)被阻塞任務(wù)在低軌衛(wèi)星間和低軌衛(wèi)星與用戶間進(jìn)行遷移調(diào)度，提高了低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算資源利用效率；定時(shí)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)參數(shù)和參數(shù)誤差范圍的設(shè)定，通過調(diào)整遷移參數(shù)，動(dòng)態(tài)適配任務(wù)到達(dá)和任務(wù)處理時(shí)間隨機(jī)變化的場景。

技術(shù)特征：

1.一種低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中被阻塞任務(wù)遷移的計(jì)算方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中被阻塞任務(wù)遷移的計(jì)算方法，其特征在于，步驟1中，所述系統(tǒng)參數(shù)包括傳輸未處理數(shù)據(jù)至地面用戶的平均時(shí)間、傳輸數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果至地面用戶的平均時(shí)間、傳輸未處理數(shù)據(jù)至臨近低軌衛(wèi)星的平均時(shí)間和低軌衛(wèi)星處理任務(wù)的平均時(shí)間；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中被阻塞任務(wù)遷移的計(jì)算方法，其特征在于，步驟2中，任務(wù)阻塞指低軌衛(wèi)星拒絕或無法為該任務(wù)提供計(jì)算服務(wù)；低軌衛(wèi)星的任務(wù)阻塞概率p定義為：低軌衛(wèi)星在接收新到達(dá)任務(wù)以及其它低軌衛(wèi)星發(fā)送來的被阻塞任務(wù)時(shí)，任意任務(wù)被阻塞的概率；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中被阻塞任務(wù)遷移的計(jì)算方法，其特征在于，步驟3具體為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中被阻塞任務(wù)遷移的計(jì)算方法，其特征在于，步驟4具體為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中被阻塞任務(wù)遷移的計(jì)算方法，其特征在于，步驟5中，當(dāng)任意任務(wù)被低軌衛(wèi)星阻塞后，低軌衛(wèi)星以的概率將該被阻塞任務(wù)隨機(jī)發(fā)送到任一相鄰低軌衛(wèi)星；低軌衛(wèi)星會(huì)以的概率放棄處理被阻塞任務(wù)，直接將未處理數(shù)據(jù)發(fā)送給該任務(wù)所屬的地面用戶。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中被阻塞任務(wù)遷移的計(jì)算方法，其特征在于，步驟6中，按一定間隔時(shí)間，對新任務(wù)到達(dá)率及傳輸時(shí)間相關(guān)的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行重新統(tǒng)計(jì)；如果新獲得的數(shù)據(jù)超出設(shè)定的誤差范圍，則采用新數(shù)據(jù)重復(fù)步驟2至步驟5更新遷移參數(shù)的最優(yōu)值，并根據(jù)按照更新后的分配被阻塞任務(wù)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電子信息領(lǐng)域，公開了一種低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)中被阻塞任務(wù)遷移的計(jì)算方法，其統(tǒng)計(jì)低軌衛(wèi)星計(jì)算網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)參數(shù)，并計(jì)算與任務(wù)處理和傳輸相關(guān)的參數(shù)；然后，根據(jù)參數(shù)計(jì)算低軌衛(wèi)星的最大任務(wù)阻塞概率和最大新任務(wù)到達(dá)率，確定相應(yīng)情況下遷移參數(shù)的取值范圍，從而通過優(yōu)化平均任務(wù)完成時(shí)間尋找遷移參數(shù)的最優(yōu)值；按照最優(yōu)遷移參數(shù)對被低軌衛(wèi)星阻塞的任務(wù)在相鄰衛(wèi)星和地面用戶之間進(jìn)行任務(wù)分配，同時(shí)繼續(xù)統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)參數(shù)，通過判斷參數(shù)超出誤差范圍的大小決定是否重新計(jì)算遷移參數(shù)。本發(fā)明對每一個(gè)被阻塞任務(wù)在衛(wèi)星間和衛(wèi)星與用戶間進(jìn)行遷移調(diào)度，從而有效利用低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算資源。

技術(shù)研發(fā)人員：彭沛,徐天衡,杜渂,許威,芮赟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京郵電大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28