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专利号: 202210081382X
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于星地云协作的移动边缘计算任务卸载方法,其特征在于,包括以下步骤:构建动态的星地云网络架构和资源状态模型,采用模拟退火算法思想对卫星覆盖范围内地面用户的本地卸载、卫星卸载及地面云中心卸载的任务分配决策进行优化;

所述构建动态的星地云网络架构和资源状态模型,具体包括:

101、根据当前卫星s覆盖范围内地面用户i的任务请求,获得该任务请求中对应任务量的大小Di和时延约束 其中,i为覆盖区内任一地面用户;

102、根据当前卫星s与覆盖区内地面用户i的位置关系,计算卫星s与地面用户i的剩余通信时间τi,s,根据τi,s和当前星地云网络的计算资源状态,计算覆盖区内地面用户i的最大可卸载任务总量所述步骤102中,卫星s与覆盖区内地面用户i的位置关系为:O为地心,低轨卫星s与地面用户在A点建立通信,低轨卫星s由A点向C点移动,γ为地心角,L为A与B之间的弧长,h为轨道高度,Re为地球半径,地面用户仰角ω的计算方法如公式(1)所示:公式(1)中,φt, 分别为地面用户的经度和纬度,φs, 分别为低轨卫星的经度和纬度;

γ的计算方法如公式(2)所示:

L的计算方法如公式(3)所示:

所述步骤102中当前卫星s与地面用户i的剩余通信时间τi,s的计算方法如公式(4)所示:公式(4)中,L′表示低轨卫星s与B之间的弧长,vs表示低轨卫星s的移动速度;

所述步骤102中覆盖区内地面用户i的最大可卸载任务总量 的计算方法如公式(5)所示:公式(5)中, 分别表示地面用户i在τi,s内最多可以在本地、在卫星边缘服务器以及在地面云中心完成的任务量,如公式(6)到(8)所示:公式(6)中,fi,l表示地面用户i的本地计算能力,θi表示地面用户i的任务计算复杂度;

公式(7)中,fi,s表示卫星边缘服务器分配给地面用户i的计算能力,c表示光速,di,s表示地面用户i与卫星s之间链路的距离,ri,s表示地面用户i与卫星s间的传输速率;公式(8)中,fi,g表示地面云中心分配给地面用户i的计算能力,ds,g表示卫星与地面云中心之间链路的距离,rs,g表示卫星与地面云中心间的传输速率;

所述卫星边缘服务器分配给地面用户i的计算能力fi,s的计算公式为:公式(9)中,fr表示卫星可用资源,Fs表示卫星总资源,Mc表示当前卫星覆盖范围内有任c务请求的用户数, 表示地面用户i的任务时延约束,ti 表示地面用户i执行该任务已经耗费的时间, 表示地面用户i已处理的任务量,Di表示地面用户i任务量大小;

所述采用模拟退火算法思想对卫星覆盖范围内地面用户的本地卸载、卫星卸载及地面云中心卸载的任务分配决策进行优化,具体包括:

103、采用模拟退火算法思想构建星地云网络任务卸载决策模型,初始化当前温度Tcur,终止温度Tend,温度冷却系数ε,以及迭代计数阈值δs和非可行解计数阈值ηs,随机产生初始卸载决策解Ω,并计算相应的初始目标函数值C0,令迭代计数变量δ=0,非可行解计数变量η=0,当前解目标函数值Ccur=C0,最优解目标函数值Copt=C0;

104、如果η<ηs,产生随机偏移量Δρ∈(‑1,1),生成卸载决策新解Ωnew,计算得到新的目标函数值Cnew,跳转到步骤105,否则,跳转到步骤109;

105、根据任务卸载决策约束条件,判断卸载决策新解Ωnew是否为可行解,如果是可行解,跳转到步骤106,否则,令η=η+1,跳转到步骤104;

106、令ΔC=Cnew‑Ccur,如果ΔC≥0,跳转到步骤107,否则,令Ccur=Cnew,Copt=Cnew,Ω=Ωnew,并跳转到步骤108;

107、根据ΔC与当前温度Tcur计算卸载决策新解Ωnew的接受概率PA,并产生随机数R∈(0,1),如果PA>R,令Ccur=Cnew,Copt=Cnew,Ω=Ωnew,跳转到步骤108,否则,跳转到步骤

108;

108、令δ=δ+1,如果δ<δs,跳转到步骤104,否则,跳转到步骤109;

109、根据温度冷却系数ε更新当前温度Tcur,如果Tcur>Tend,令δ=0,η=0,跳转到步骤

104,否则,输出Copt对应的最优任务卸载决策解Ω,跳转到步骤110;

110、结束;

所述步骤103中目标函数定义如公式(10)所示:

max max

公式(10)中,α为权重因子,T 为最大任务处理时延,E 为最大地面用户能耗,Ti为地面用户i在τi,s内完成任务所需的时延,如公式(11)所示,Ei为地面用户i在τi,s内完成任务所需的总能耗,如公式(12)所示:公式(11)中, 表示地面用户i在本地执行任务的时延,如公式(13)所示, 表示地面用户i到卫星s的传输时延,如公式(14)所示, 表示地面用户i到卫星s的往返传播时延,如公式(15)所示, 表示卫星s完成i用户计算任务所需时延,如公式(16)所示,表示地面用户i经由卫星s到地面云中心的传输时延,如公式(17)所示, 表示地面用户i经由卫星s到地面云中心的往返传播时延,如公式(18)所示, 表示地面云中心完成i用户计算任务所需时延,如公式(19)所示;公式(12)中, 表示地面用户i卸载任务到卫星s的传输能耗,如公式(20)所示, 表示地面用户i的本地计算能耗,如公式(21)所示:公式(13)到(21)中, 表示地面用户i在本地处理任务的比例, 表示地面用户i在卫星节点处理任务的比例, 表示地面用户i在地面云中心处理任务的比例,pi表示地面用户i的发射功率,ε表示能量因子;

所述步骤105中任务卸载决策约束条件如公式(22)到(27)所示:Ti≤τi,s                              (27)公式(22)到(25)中, 为地面用户i在τi,s内需要完成的卸载任务总量,如公式(28)所示:

2.根据权利要求1所述的一种基于星地云协作的移动边缘计算任务卸载方法,其特征在于,所述步骤107中任务卸载决策新解的接受概率PA定义如公式(29)所示: