1.一种空天地一体化网络下基于博弈论的任务卸载方法,其特征在于,包括:S1、根据当前的地面用户设备产生的各任务的时延和计算资源需求,分别计算各所述任务在低轨卫星网络边缘、无人机网络边缘以及本地的卸载成本;
S1中,计算任务到低轨卫星网络边缘进行卸载的卸载成本的具体步骤为:
A1、计算所述地面用户设备产生的各任务在有效通信时间Ts内卸载到所述低轨卫星网络边缘的第一时延消耗所述第一时延消耗由传播时延、传输时延和处理时延组成;
A2、计算各所述任务卸载到所述低轨卫星网络边缘的第一传输能耗以及各所述任务在所述低轨卫星网络边缘的第一处理能耗Eu,s;
A3、根据所述第一时延消耗第一传输能耗以及第一处理能耗Eu,s得到各所述任务到所述低轨卫星网络边缘进行卸载的第一卸载成本式中,μ1为第一时延的权重因子,λ1为第一传输能耗和第一处理能耗的权重因子;
S2、以最小化成本开销为目标,找到卸载成本开销最小的卸载策略;
S3、根据所述卸载策略将各所述任务对应分配到所述低轨卫星网络边缘和/或无人机网络边缘和/或本地进行卸载。
2.根据权利要求1所述的一种空天地一体化网络下基于博弈论的任务卸载方法,其特征在于,所述有效通信时间Ts的计算步骤包括:A1.1、根据低轨卫星网络的轨道模型的几何关系以及给定的所述地面用户设备与所述低轨卫星网络的仰角α计算出所述低轨卫星网络覆盖区域所对应的地心角β;
A1.2、根据所述地心角β计算出所述地面用户设备与所述低轨卫星网络的通信弧长L;
A1.3、根据所述通信弧长L和所述低轨卫星网络运行的速度vs计算出所述地面用户设备与所述低轨卫星网络之间的通信时间
3.根据权利要求1所述的一种空天地一体化网络下基于博弈论的任务卸载方法,其特征在于,S1中,计算任务到无人机网络边缘进行卸载的卸载成本的具体步骤为:B1、计算各所述任务卸载到所述无人机网络边缘的第二时延消耗所述第二时延消耗由传播时延、上行的传输时延和处理时延组成;
B2、计算各所述任务卸载到所述无人机网络边缘的第二传输能耗以及各所述任务在所述无人机网络边缘的第二处理能耗Eu,m;
B3、根据所述第二时延消耗第二传输能耗第二处理能耗Eu,m得到各所述任务到所述无人机网络边缘进行卸载的第二卸载成本式中,μ2为第二时延的权重因子,λ2为第二传输能耗和第二处理能耗的权重因子。
4.根据权利要求3所述的一种空天地一体化网络下基于博弈论的任务卸载方法,其特征在于,S1中,计算任务到本地进行卸载的卸载成本的具体步骤为:C1、计算所述地面用户设备产生的各任务卸载到本地的第三时延消耗所述第三时延消耗由处理时延组成;
C2、计算各所述任务卸载到本地的第三处理消耗
C3、根据第三时延消耗和第三处理消耗得到在本地卸载的第三卸载成本
式中,μ3为第三时延的权重因子,λ3为第三处理能耗的权重因子。
5.根据权利要求4所述的一种空天地一体化网络下基于博弈论的任务卸载方法,其特征在于,S2的具体步骤为:S2.1、将卸载成本问题转化为在时延和能耗约束条件下的成本最优问题:
其中,K为地面用户设备的总数量,分别为第一卸载成本、第二卸载成本和第三卸载成本,au代表计算任务Wu是否卸载到低轨卫星上,其中au=1表示计算任务Wu载到低轨卫星上,否则,au=0表示计算任务Wu未载到低轨卫星上;bu代表计算任务Wu是否卸载到无人机边缘上,其中bu=1表示计算任务Wu载到无人机边缘上,否则,bu=0表示计算任务Wu未载到无人机边缘上;
S2.2、基于博弈论方法,将时延和能耗组成的成本最小的计算卸载成本问题表示为非合作策略博弈G,所述策略博弈G表示为G={U,(Xu)u∈U,(γu(xu,x-u))u∈U};
其中,U表示博弈参与者的集合,所述博弈参与者即地面用户设备,(Xu)u∈U表示用户设备参与者u的策略集合,(γu(xu,x-u))u∈U表示参与者的收益即系统成本函数,x-u表示除用户设备参与者u以外的所有设备的卸载策略;
S2.3、每个地面用户设备在资源和时延的约束条件下独立调整所述策略博弈G来最大化所述地面用户设备的收益,即实现最小化成本:S2.4、通过基于博弈论的迭代卸载算法,找到非合作博弈的纳什均衡点,即找到卸载成本开销最小的卸载策略使得其中,表示在用户设备u的最优卸载策略下的除该用户设备u以外的用户的最优卸载策略。
6.根据权利要求5所述的一种空天地一体化网络下基于博弈论的任务卸载方法,其特征在于,S2.4的具体步骤为:S2.4.1、初始化所述策略集合,设置最大的迭代次数进行算法迭代,在每一次迭代中遍历所有的地面用户设备,找到每个所述地面用户设备的计算任务卸载最小化成本对应的当前卸载策略x′u;
S2.4.2、进行迭代,将所有所述地面用户设备的当前卸载策略x′u所花费的成本与历史暂定最优卸载策略xu所花费的成本进行比较,若当前卸载策略x′u所花费的成本大于历史暂定最优卸载策略xu所花费的成本,则继续将该历史暂定最优卸载策略xu定为历史暂定最优卸载策略xu;若当前卸载策略x′u所花费的成本小于历史暂定最优卸载策略xu所花费的成本,则将当前卸载策略x′u定为新的历史暂定最优卸载策略xu;
S2.4.3、判断当前卸载策略x′u和历史暂定最优卸载策略xu之间的误差是否小于设定的阈值,若是,则停止迭代,将该当前卸载策略x′u作为最优的卸载策略x*,使得否则,返回S2.4.2,继续下一次迭代。
7.一种空天地一体化网络下基于博弈论的任务卸载系统,用于实现权利要求1-6任意所述的一种空天地一体化网络下基于博弈论的任务卸载方法,其特征在于,包括:计算模块,用于根据当前的地面用户设备产生的各任务的时延和计算资源需求,分别计算各所述任务在低轨卫星网络边缘、无人机网络边缘以及本地的卸载成本;
策略制定模块,用于以最小化成本开销为目标,找到卸载成本开销最小的卸载策略;
执行模块,用于根据所述卸载策略将各所述任务对应分配到所述低轨卫星网络边缘和/或无人机网络边缘和/或本地进行卸载。
8.根据权利要求7所述的一种空天地一体化网络下基于博弈论的任务卸载系统,其特征在于,所述低轨卫星网络包括若干低轨卫星,且每一台所述低轨卫星设置有一台用于承载计算模块的轻量级MEC服务器,其中一个所述低轨卫星还设置有用于承载策略制定模块的全局控制器。
9.根据权利要求7所述的一种空天地一体化网络下基于博弈论的任务卸载系统,其特征在于,所述无人机网络包括若干无人机集群,每个所述无人机集群设有多台无人机,且每台所述无人机配有一台用于承载计算模块的轻量级MEC服务器;在每个所述无人机集群中设有一台域间控制器,用于对整个该无人机集群的资源分配和任务调度。