[发明专利]一种星地联合的边缘计算方法

权利要求书

1.一种星地联合的边缘计算方法，其特征在于包括如下步骤：

1)星地计算系统中部署M个配备有边缘计算服务器且天线数为的地面基站和N个配备有边缘计算服务器且天线数为的低轨卫星，还包括K个计算受限的单天线地面终端和L个计算受限的单天线太空终端；获取第k个地面终端到第m个地面基站的地面信道状态信息h_k,m，第k个地面终端到第n个低轨卫星的星地信道状态信息g_k,n，太空终端与低轨卫星之间的星间链路信息包含第l个太空终端的发射机光学效率发射机孔径增益第n个低轨卫星的接收机光学效率接收机孔径增益第l个太空终端到第n个低轨卫星的发射机指向损耗系数和接收机指向损耗系数

2)地面终端和太空终端根据环境信息和计算任务信息，利用一种卸载对象选择策略选择一个地面基站或低轨卫星进行计算任务卸载，所述计算任务信息包括计算任务量和任务复杂度；获取第k个地面终端的计算任务量d_k，任务复杂度c_k，第l个太空终端的计算任务量任务复杂度

3)根据所述的一种卸载对象选择策略中的卸载对象，地面终端和太空终端利用一种发射功率分配方法构建发射信号，通过上行链路进行计算任务卸载；

4)利用一种联合接收波束和资源分配方法以使地面基站和低轨卫星收到来自地面终端的信号；随后进行串行干扰消除并设计相应的接收波束进行解码，同时低轨卫星对来自太空终端的光信号进行解码，解码完成后得到任务数据；地面基站和低轨卫星将所述任务数据送至各自的边缘计算服务器，并为边缘计算服务器分配计算资源；

5)根据分配的计算资源，边缘计算服务器执行计算任务，完成计算后将计算结果回传给相应的终端。

2.根据权利要求1所述的一种星地联合的边缘计算方法，其特征在于步骤2)中，所述的一种卸载对象选择策略为：

a)根据地面终端与地面基站和低轨卫星之间的距离初始化地面终端的卸载对象选择标志α_k,m∈{0,1}和β_k,n∈{0,1}，根据太空终端与低轨卫星的距离初始化太空终端的卸载对象选择标志γ_l,n∈{0,1}；其中α_k,m＝1表示第k个地面终端将计算任务卸载到第m个地面基站，β_k,n＝1表示第k个地面终端将计算任务卸载到第n个低轨卫星，γ_l,n＝1表示第l个太空终端将计算任务卸载到第n个低轨卫星；初始化地面终端发射功率和太空终端发射功率其中为第k个地面终端的最大发射功率，为第l个太空终端的最大发射功率；初始化第m个地面基站对第k个地面终端的接收波束为和第n个低轨卫星对第k个地面终端的接收波束为其中||·||表示矢量的二范数；初始化第m个地面基站的边缘计算服务器分配给第k个地面终端的计算资源为初始化第n个低轨卫星的边缘计算服务器分配给第k个地面终端的计算资源为初始化第n个低轨卫星的边缘计算服务器分配给第l个太空终端的计算资源为其中表示第m个地面基站的边缘计算服务器的总计算资源，表示第n个低轨卫星的边缘计算服务器的总计算资源；

b)计算得到所有终端完成计算任务所需的加权总能耗其中为第k个地面终端的权重，为第l个太空终端的权重；为第k个地面终端将任务卸载到地面基站的能量消耗，其中为第m个地面基站边缘计算服务器的能量系数，为第k个地面终端到第m个地面基站的数据传输速率，其中B₁为地面传输的信道带宽，为地面传输的高斯白噪声的方差；为第k个地面终端将任务卸载到低轨卫星的能量消耗，其中为第n个低轨卫星边缘计算服务器的能量系数，为第k个地面终端到第n个低轨卫星的数据传输速率，其中B₂为星地传输的信道带宽，为星地传输的高斯白噪声的方差；为第l个太空终端将任务卸载到低轨卫星的能量消耗，其中为第l个太空终端到第n个低轨卫星的数据传输速率，其中B₃为星间传输的信道带宽，为星间传输的高斯白噪声的方差，λ为光通信波长，φ_l,n为第l个太空终端与第n个低轨卫星之间的距离；

c)根据任务卸载策略限制，令且

d)根据边缘计算服务器的计算资源限制，令且

e)根据地面终端和太空终端完成计算任务的时延要求，令且其中为第k个地面终端与第n个低轨卫星之间的距离，μ为光速，为第k个地面终端完成计算任务的最大容忍时延，为第l个太空终端完成计算任务的最大容忍时延；

f)利用分支定界法进行求解，求出使所有终端完成任务计算的加权总能耗E最小的解，即得到卸载对象选择标志α_k,m,β_k,n,γ_l,n。