[发明专利]一种卫星轻量级分布式编排系统及方法

说明书

本发明属于卫星通信技术领域，涉及一种卫星轻量级分布式编排系统及方法，包括：编排器层和任务卸载卫星层；编排器层包括若干编排器，每一个编排器与任务卸载卫星层中某一域内由若干负载卫星组成的星群对应，编排器用于对星群中的负载卫星进行资源分配；负载卫星用于提供服务地面用户的资源或为其他卫星提供共享资源，卫星之间的共享资源采用市场交易机制，形成合约，并向编排器层中的所有编排器宣布合约。其基于合同理论的轻量级星间交互机制，通过星间一次交互，即可实现星间协同任务的资源合理分配，相比现有以分布式优化为主的星间交互方法而言，可大幅降低星间通信开销。

技术领域

本发明涉及一种卫星轻量级分布式编排系统、方法和可读存储介质，属于卫星通信技术领域，特别涉及一种天基边缘通信场景下，基于合同理论的轻量级星间交互机 制。

背景技术

随着通信技术的飞速发展，从1G向5G演进的地面无线网络已经服务了大部分用户，解决了基础通信问题。然而，地面无线网络严重依赖基础设施，无法覆盖海洋和 人烟稀少的地区。为此，卫星网络作为一种具有广泛覆盖能力的有前途的技术，可以 在世界任何地区随时实现按需覆盖。

然而，现有的卫星网络是由地面控制中心集中式管控的，无法支撑未来天基网络的快速发展，其缺点体现在卫星网络的抗毁性和稳定性大幅降低。此外，因为用户的 请求必须由地面控制中心生成，并将其传输至全球所有卫星，这是一个极其耗时的过 程。因此，分布式星上在线管控机制应时而生。传统分布式资源分配方法有以下案例， 例如：通过协作式多智能体深度强化学习框架的方法提升无线电资源并提高传输效率， 但该方法难以确保稳定的系统性能，系统性能的稳定性差且严重依赖于参数选取；通 过基于粒子群优化(PSO)算法的分布式计算卸载星上决策模型，但PSO算法属于启 发式方法缺少理论保障且性能鲁棒性差。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供了一种卫星轻量级分布式编排系统、方法和可读存储介质，其基于合同理论的轻量级星间交互机制，通过星间一次交互，即可实 现星间协同任务的资源合理分配，相比现有以分布式优化为主的星间交互方法而言， 可大幅降低星间通信开销。

为实现上述目的，本发明提出了以下技术方案：一种卫星轻量级分布式编排系统，包括：编排器层和任务卸载卫星层；编排器层包括若干编排器，每一个编排器与任务 卸载卫星层中某一域内由若干负载卫星组成的星群对应，编排器用于对星群中的负载 卫星进行资源分配；负载卫星用于提供服务地面用户的资源或为其他卫星提供共享资 源，卫星之间的共享资源采用市场交易机制，形成合约，并向编排器层中的所有编排 器宣布合约。

进一步，市场交易机制为资源需求星与资源供应星之间的额双边买卖关系，资源需求星向资源供应星请求CPU资源，并根据其私有类型付费，资源供应星通过提供 CPU资源从资源需求星处获得报酬。

进一步，合约包括资源供应星能够提供的CPU资源和资源需求星能够支付的资金。

进一步，资源需求星效用函数为下式：

U_R(θ,q(θ),t(θ))＝θv(q(θ))-t(θ) ＝θ(1-e^-q(θ))-t(θ)

其中，U_R为效用函数，θ是表示资源需求星的私有类型；t(θ)是资源需求星支付的资金，v(q(θ))是当资源需求星从资源供应星处获得CPU资源量为q(θ)时的利润；q(θ) 是资源供应星所提供的CPU资源。

进一步，资源供应星的效用函数为下式：

U_P(q(θ),t(θ))＝t(θ)-c(q(θ)) ＝t(θ)-c₀q²(θ)