基于卫星通信网络的计算卸载方法、装置及卫星通信终端与流程

1.本技术涉及边缘计算领域，具体涉及基于卫星通信网络的计算卸载方法、装 置及卫星通信终端。


背景技术：

2.随着万物互联的不断推进，互联网流量爆炸增长，数据规模愈发庞大，仅靠 卫星通信终端的本地资源或者大数据云计算中心，已逐渐无法满足传统企业的业 务需求。
3.为解决这一矛盾，将部分的计算任务就近分配到底层用户或靠近数据源的各 个边缘节点上，就近提供计算、存储和网络等基础设施，并为边缘应用提供云服 务和信息技术环境服务，这种分布式的计算模式即为边缘计算技术。
4.现有的边缘计算技术主要集中在地面蜂窝及光纤网络传输中，通过引入多接 入边缘计算或多接入边缘云(muliple-access edge computing/cloud，mec)，其 概念范畴与集中式部署中心云相对应，将云化基础设施和服务能力从中心云下沉 至地面业务边缘，对于卫星通信终端而言，则可称为通过计算卸载的方式将计算 服务转由计算边缘节点进行计算处理。
5.而在现有的相关技术的研究过程中，发明人发现，在偏远地区难以部署边缘 计算节点，显然，这会影响到计算卸载服务的覆盖范围，从而一定程度上限制了 卫星通信终端的应用范围。


技术实现要素：

6.本技术提供了基于卫星通信网络的计算卸载方法、装置及卫星通信终端，用 于将边缘计算基数融合至卫星通信网络中，由卫星边缘计算节点在天上更为灵活 地提供计算卸载服务，从而可以避免偏远地区对计算卸载服务的影响。
7.第一方面，本技术提供了一种基于卫星通信网络的计算卸载方法，方法包括：
8.卫星通信终端获取计算任务；
9.卫星通信终端基于更新决策策略，判断本地是否适合发起基于卫星通信网络 的计算卸载处理；
10.若是，则卫星通信终端将计算任务发送至卫星通信网络中适配的目标卫星边 缘计算节点，以进行对应的计算处理，卫星通信网络中包含多个卫星边缘计算节 点为地面的不同卫星通信终端提供边缘计算的计算卸载服务。
11.结合本技术第一方面，在本技术第一方面第一种可能的实现方式中，更新决 策策略具体通过计算时延和计算能耗两大因素来衡量是否适合发起基于卫星通信 网络的计算卸载处理。
12.结合本技术第一方面第一种可能的实现方式，在本技术第一方面第二种可能 的实现方式中，更新决策策略具体将多卫星通信终端的边缘计算卸载问题转为动 态规划算法下的多阶段决策问题，在有限次的迭代过程中达到纳什均衡时，根据 结果确定本地终端
是否适合发起计算卸载处理。
13.结合本技术第一方面第二种可能的实现方式，在本技术第一方面第三种可能 的实现方式中，更新决策策略具体包括以下内容：
14.设本地执行任务的整体消耗模型为：
[0015][0016]
其中，t
nl
为任务n的终端本地执行耗时，t
nl
＝an/v
nl
，an为终端本地处理数，v
nl
为终端算力，e
nl
为本地任务执行的能耗，e
nl
＝θ
nan
，θn为能量消耗系数， μ
nt
和μ
ne
为不同的权重值；
[0017]
设卫星边缘计算节点执行计算任务的整体消耗模型为：
[0018][0019]
其中，t
nc
(d)为终端用户n上传任务输入数据bn的延时，t
nc
(d)＝bn/cn(d)， t
nce
为卫星边缘计算节点的计算延时，t
nce
＝bn/v
nc
，v
nc
为卫星边缘计算节点算力，t
wc
为终端用户等待卫星边缘计算节点资源释放延时，e
nc
(d)为上传能耗，e
nc
(d) ＝pn*t
nc
(d)，pn为终端上传功率；
[0020]
定义di＝(d1,...,d
i-1
,d
i 1
,...,dn)为除了终端i之外其他终端的决策向量集合，终端i 上传任务所产生的消耗估算为：
[0021][0022]
其中，bn为终端i已预知当前决定卸载到卫星边缘计算节点执行的终端用户数，f 为卫星边缘计算力上限；
[0023]
在每一次迭代过程中，仅允许每次一个终端的决策更新，经过有限次的迭代 循环后，所有终端不再更新决策，则达到了纳什均衡状态，此时判断是否满足
△
(t) ≠d(t)，
[0024]
若满足
△
(t)≠d(t)，则更新适合发起计算卸载处理的决策状态，di(t 1)＝
△
(t)， 若不满足
△
(t)≠d(t)，则保持适合发起计算卸载处理的决策状态，di(t 1)＝d(t)，其 中，
[0025]
结合本技术第一方面第三种可能的实现方式，在本技术第一方面第四种可能 的实现方式中，更新决策策略以预设的时间间隔进行迭代更新。
[0026]
结合本技术第一方面，在本技术第一方面第五种可能的实现方式中，卫星通 信终端将计算任务发送至卫星通信网络中适配的目标卫星边缘计算节点之前，方 法还包括：
[0027]
卫星通信终端判断计算任务是否可以通过计算卸载服务进行处理；
[0028]
若可以，则卫星通信终端将计算任务发送至卫星通信网络中适配的目标卫星 边缘计算节点；
[0029]
若不可以，则卫星通信终端在本地处理计算任务。
[0030]
结合本技术第一方面，在本技术第一方面第六种可能的实现方式中，卫星通 信终端将计算任务发送至卫星通信网络中适配的目标卫星边缘计算节点之前，方 法还包括：
[0031]
卫星通信终端按照预设的更新策略，更新卫星通信网络中的不同卫星边缘计 算节点。
[0032]
第二方面，本技术提供了一种基于卫星通信网络的计算卸载装置，装置包括：
[0033]
获取单元，用于获取计算任务；
[0034]
判断单元，用于基于更新决策策略，判断本地是否适合发起基于卫星通信网 络的计算卸载处理，若是，则触发发送单元；
[0035]
发送单元，用于将计算任务发送至卫星通信网络中适配的目标卫星边缘计算 节点，以进行对应的计算处理，卫星通信网络中包含多个卫星边缘计算节点为地 面的不同卫星通信终端提供边缘计算的计算卸载服务。
[0036]
结合本技术第二方面，在本技术第二方面第一种可能的实现方式中，更新决 策策略具体通过计算时延和计算能耗两大因素来衡量是否适合发起基于卫星通信 网络的计算卸载处理。
[0037]
结合本技术第二方面第一种可能的实现方式，在本技术第二方面第二种可能 的实现方式中，更新决策策略具体将多卫星通信终端的边缘计算卸载问题转为动 态规划算法下的多阶段决策问题，在有限次的迭代过程中达到纳什均衡时，根据 结果确定本地终端是否适合发起计算卸载处理。
[0038]
结合本技术第二方面第二种可能的实现方式，在本技术第二方面第三种可能 的实现方式中，更新决策策略具体包括以下内容：
[0039]
设本地执行任务的整体消耗模型为：
[0040][0041]
其中，t
nl
为任务n的终端本地执行耗时，t
nl
＝an/v
nl
，an为终端本地处理数，v
nl
为终端算力，e
nl
为本地任务执行的能耗，e
nl
＝θ
nan
，θn为能量消耗系数， μ
nt
和μ
ne
为不同的权重值；
[0042]
设卫星边缘计算节点执行计算任务的整体消耗模型为：
[0043][0044]
其中，t
nc
(d)为终端用户n上传任务输入数据bn的延时，t
nc
(d)＝bn/cn(d)， t
nce
为卫星边缘计算节点的计算延时，t
nce
＝bn/v
nc
，v
nc
为卫星边缘计算节点算力，t
wc
为终端用户等待卫星边缘计算节点资源释放延时，e
nc
(d)为上传能耗，e
nc
(d) ＝pn*t
nc
(d)，pn为终端上传功率；
[0045]
定义di＝(d1,...,d
i-1
,d
i 1
,...,dn)为除了终端i之外其他终端的决策向量集合，终端i 上传任务所产生的消耗估算为：
[0046][0047]
其中，bn为终端i已预知当前决定卸载到卫星边缘计算节点执行的终端用户数，f 为卫星边缘计算力上限；
[0048]
在每一次迭代过程中，仅允许每次一个终端的决策更新，经过有限次的迭代 循环
后，所有终端不再更新决策，则达到了纳什均衡状态，此时判断是否满足
△
(t) ≠d(t)，
[0049]
若满足
△
(t)≠d(t)，则更新适合发起计算卸载处理的决策状态，di(t 1)＝
△
(t)， 若不满足
△
(t)≠d(t)，则保持适合发起计算卸载处理的决策状态，di(t 1)＝d(t)，其 中，
[0050]
结合本技术第二方面第三种可能的实现方式，在本技术第二方面第四种可能 的实现方式中，更新决策策略以预设的时间间隔进行迭代更新。
[0051]
结合本技术第二方面，在本技术第二方面第五种可能的实现方式中，判断单 元，还用于：
[0052]
判断计算任务是否可以通过计算卸载服务进行处理；
[0053]
若可以，则将计算任务发送至卫星通信网络中适配的目标卫星边缘计算节点；
[0054]
若不可以，则在本地处理计算任务。
[0055]
结合本技术第二方面，在本技术第二方面第六种可能的实现方式中，装置还 包括更新单元，用于：
[0056]
按照预设的更新策略，更新卫星通信网络中的不同卫星边缘计算节点。
[0057]
第三方面，本技术提供了一种卫星通信终端，包括处理器和存储器，存储器 中存储有计算机程序，处理器调用存储器中的计算机程序时执行本技术第一方面 或者本技术第一方面任一种可能的实现方式提供的方法。
[0058]
第四方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存 储有多条指令，指令适于处理器进行加载，以执行本技术第一方面或者本技术第 一方面任一种可能的实现方式提供的方法。
[0059]
从以上内容可得出，本技术具有以下的有益效果：
[0060]
针对于卫星通信终端的计算处理，本技术引入了基于卫星通信网络的计算卸 载服务，并在卫星通信终端上预先配置了一更新决策策略，以此可以判断终端自 身是否适合发起基于卫星通信网络的计算卸载处理，若是，则可交由目标卫星边 缘计算节点凭借其计算能力来分摊、负责计算任务的计算处理，在这计算卸载处 理的过程中，卫星边缘计算节点可以在天上更为灵活地提供计算卸载服务，从而 可以避免偏远地区对计算卸载服务的影响，大大保障了计算卸载服务的服务质量。
附图说明
[0061]
为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需 要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一 些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根 据这些附图获得其他的附图。
[0062]
图1为本技术基于卫星通信网络的计算卸载方法的一种流程示意图；
[0063]
图2为本技术更新决策策略的一种算法流程图；
[0064]
图3为本技术基于卫星通信网络的计算卸载装置的一种结构示意图；
[0065]
图4为本技术卫星通信终端的一种结构示意图。
具体实施方式
[0066]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、 完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的 实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0067]
本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区 别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数 据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述 的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在 于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或模块的过程、方法、系统、产 品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或模块，而是可包括没有清楚地列出的 或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或模块。在本技术中出现的 对步骤进行的命名或者编号，并不意味着必须按照命名或者编号所指示的时间/逻 辑先后顺序执行方法流程中的步骤，已经命名或者编号的流程步骤可以根据要实 现的技术目的变更执行次序，只要能达到相同或者相类似的技术效果即可。
[0068]
本技术中所出现的模块的划分，是一种逻辑上的划分，实际应用中实现时可 以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合成或集成在另一个系统中，或一些 特征可以忽略，或不执行，另外，所显示的或讨论的相互之间的耦合或直接耦合 或通信连接可以是通过一些接口，模块之间的间接耦合或通信连接可以是电性或 其他类似的形式，本技术中均不作限定。并且，作为分离部件说明的模块或子模 块可以是也可以不是物理上的分离，可以是也可以不是物理模块，或者可以分布 到多个电路模块中，可以根据实际的需要选择其中的部分或全部模块来实现本申 请方案的目的。
[0069]
在介绍本技术提供的基于卫星通信网络的计算卸载方法之前，首先介绍本申 请所涉及的背景内容。
[0070]
本技术提供的基于卫星通信网络的计算卸载方法、装置以及计算机可读存储 介质，可应用于卫星通信终端，用于将边缘计算基数融合至卫星通信网络中，由 卫星边缘计算节点在天上更为灵活地提供计算卸载服务，从而可以避免偏远地区 对计算卸载服务的影响。
[0071]
本技术提及的基于卫星通信网络的计算卸载方法，其执行主体可以为基于卫 星通信网络的计算卸载装置，或者集成了该基于卫星通信网络的计算卸载装置的 服务器、物理主机或者用户设备(user equipment，ue)等不同类型的卫星通信终 端。其中，基于卫星通信网络的计算卸载装置可以采用硬件或者软件的方式实现， ue具体可以为智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式电脑或者个人数字助理 (personal digital assistant，pda)等终端设备，卫星通信终端可以通过设备集群 的方式设置。
[0072]
下面，开始介绍本技术提供的基于卫星通信网络的计算卸载方法。
[0073]
首先，参阅图1，图1示出了本技术基于卫星通信网络的计算卸载方法的一种 流程示意图，本技术提供的基于卫星通信网络的计算卸载方法，具体可包括如下 步骤s101至步骤s103：
[0074]
步骤s101，卫星通信终端获取计算任务；
[0075]
可以理解的是，本技术所涉及的计算任务，可以是任意类型的计算任务，其 可以随卫星通信终端的具体应用场景而调整。
[0076]
一般而言，该计算任务为需要较大算力的任务，也因此，关于本技术用于通 过计算卸载服务进行处理的计算任务，还可是通过所需算力进行筛选出的，如此， 可以本地执行一些算力需求较小的计算任务，将需要较大算力的计算任务尽可能 交由计算卸载服务完成，以实现更为灵活、科学的计算效果。
[0077]
对于卫星通信终端所处的应用场景，举例而言，其设计背景与地面部署边缘 计算节点的计算卸载服务还存在一点不同，其为卫星即服务(saas)的一项应用 实例，也是太空资产共享经济、云计算共享经济的商业逻辑的自然延伸。
[0078]
在卫星通信领域，面临对通信时延要求苛刻的用户需求，卫星边缘侧的计算 节点(卫星边缘计算节点)可以显著减少数据回传地面数据中心的时延，同时也 可大大减少频段带宽资源的消耗，在多租户共享领域，对于独享的按量付费或按 固定时间付费的卫星，可以大大降低用户侧的使用成本，并且大大加快许多太空 领域项目的开发进度，尤其是软件层面，原本一颗卫星上的平台和任务载荷是给 一个客户专用，现在可以几个客户同时一起用，降本增效。
[0079]
另外，在卫星轨姿态控制、射频激光通信实验、低轨组网通信实验或者低轨iot 集成应用实验等领域，也可以有广泛的卫星边缘计算(saas)的应用需求。
[0080]
此外，对于计算任务的获取，既可以为自身生成计算任务，也可以是从其他 设备处获取到外部生成的计算任务，具体可以随实际情况调整。
[0081]
步骤s102，卫星通信终端基于更新决策策略，判断本地是否适合发起基于卫 星通信网络的计算卸载处理，若是，则触发步骤s103；
[0082]
可以理解，本技术所搭建的基于卫星通信网络的计算卸载服务，并非是直接 向地面的卫星通信终端提供的，在服务过程中，卫星通信终端需要通过预先配置 在本地的更新决策策略，来判断其本地是否适合发起基于卫星通信网络的计算卸 载处理。
[0083]
应当理解的是，此处的更新决策策略，是从基于卫星通信网络的计算卸载服 务的整体出发，来判断当前需要发起计算卸载处理的卫星通信终端是否适合发起 相关的计算卸载处理的，如此，有助于保障天上基于卫星通信网络的计算卸载服 务的服务质量，避免出现计算效果比由卫星通信终端本地自行处理还差的情况发 生。
[0084]
也因此，该更新决策策略，可以结合基于卫星通信网络的计算卸载服务的实 时情况，来判断本地是否适合发起基于卫星通信网络的计算卸载处理。
[0085]
此外，还要理解的是，对于步骤s101以及步骤s102，两者并不一定存在特定 的时序关系。例如，在具体应用中，可以在获取到计算任务后，再去判断是否适 合发起计算卸载处理；又例如，可以判断是否适合发起计算卸载处理，后续在获 取到计算任务后，再基于预先确定的判断结果来决定是否发起计算卸载处理，显 然，步骤s101以及步骤s102两者之间的关系，是可以随实际需要而调整的，本申 请在此不做具体限定。
[0086]
步骤s103，卫星通信终端将计算任务发送至卫星通信网络中适配的目标卫星 边缘计算节点，以进行对应的计算处理，卫星通信网络中包含多个卫星边缘计算 节点为地面的不同卫星通信终端提供边缘计算的计算卸载服务。
[0087]
而在确定了卫星通信终端本地适合发起基于卫星通信网络的计算卸载处理以 及
获取到了计算任务后，则可将其发送、上报、上传至卫星通信网络中适配的目 标卫星边缘计算节点，由其完成该计算任务所需的计算处理，完成此次的计算卸 载服务。
[0088]
当然，后续还可涉及到卫星通信终端接收该目标卫星边缘计算节点直接下发 或者间接转发过来的计算结果。
[0089]
其中，卫星通信网络中包含的多个卫星边缘计算节点，其在星上部署了星载 计算机还有相关的mec相关程序，使得卫星边缘计算节点本身可具有计算卸载服 务所需的、一定的服务处理和响应能力。
[0090]
在确定、匹配目标卫星边缘计算节点时，可以采用就近原则、预先配对等策 略来进行目标卫星边缘计算节点，其涉及的处理也可与现有技术中地面的计算卸 载服务类似，在此不再展开说明。
[0091]
可以理解，对于卫星通信网络而言，其整个系统结构主要由空间段、地面段、 用户段组成，空间段包含通信卫星(包含卫星边缘计算节点)，地面段包含信关站、 数据处理中心等，用户段包含处于远洋运输、无人机、石油勘探、地灾减灾等无 地面网络覆盖的偏远地区的终端，在该情况下，由于本技术在天上配置了基于卫 星通信网络的计算卸载服务，因此在提供计算卸载服务的同时(在卫星网络边缘 地带部署了一定的任务处理资源，也能够在一定程度上减少相关的业务传输次数 和服务响应时延)，还可以保障不便部署地面边缘计算节点的偏远地区可以正常地 享受计算卸载服务，通过计算卸载服务实现更为灵活的计算效果。
[0092]
从图1所示实施例可看出，针对于卫星通信终端的计算处理，本技术引入了基 于卫星通信网络的计算卸载服务，并在卫星通信终端上预先配置了一更新决策策 略，以此可以判断终端自身是否适合发起基于卫星通信网络的计算卸载处理，若 是，则可交由目标卫星边缘计算节点凭借其计算能力来分摊、负责计算任务的计 算处理，在这计算卸载处理的过程中，卫星边缘计算节点可以在天上更为灵活地 提供计算卸载服务，从而可以避免偏远地区对计算卸载服务的影响，大大保障了 计算卸载服务的服务质量。
[0093]
继续对上述图1所示实施例的各个步骤及其在实际应用中可能的实现方式进行 详细阐述。
[0094]
具体的，本技术还对卫星通信终端基于更新决策策略，如何更好地判断本地 是否适合发起基于卫星通信网络的计算卸载处理，进行了落地应用方案的研究。
[0095]
具体的，在本技术一种适于实用的实现方式中，更新决策策略具体可以通过 计算时延和计算能耗两大因素来衡量是否适合发起基于卫星通信网络的计算卸载 处理。
[0096]
可以理解，对于卫星通信终端自行处理(还可包括交由地面计算卸载服务处 理)以及交由天上的计算卸载服务处理，在计算效果上两者之间是存在差异的， 也因此在进行决策时，可借助一些变量来提供数据支持。
[0097]
本技术则可聚焦于计算时延(计算所需时长)还有计算能耗(计算所需能量) 两者来进行具体决策，在时间维度和能量维度上，来确定终端本地自行处理或者 天上的计算卸载服务处理。
[0098]
此外，在具体应用中，当然也可涉及到其他的变量因素来为决策提供数据支 持。
[0099]
其中，对于决策涉及的不同变量因素，还可引入权重机制，如此可以更为灵 活、精确地确定是否适合发起基于卫星通信网络的计算卸载处理。
[0100]
此外，作为又一种适于实用的实现方式，本技术为更好的实现更新决策策略， 还可为其引入一更为具体的优化方案内容。
[0101]
基于卫星通信网络的计算卸载服务，在实际应用中，本技术认为可面临以下 主要问题：
[0102]
(1)由于信道容量有限，当多个决定计算卸载的卫星通信终端同时选用同一 信道进行数据传输时，这样会导致卫星通信终端之间带来干扰，反而可能增大数 据上传时延；
[0103]
(2)由于卫星边缘计算节点计算资源有限，当决定卸载的卫星通信终端增多 时，还可能会带来较大的排队时延。
[0104]
在决策是否卸载到卫星边缘计算节点的卫星通信终端时，本技术则可综合考 虑信道传输干扰和sec服务器计算资源约束，将传输时延和终端本地能耗作为评判 最重要的两大因素，使单位时间实现更少的能量传输更多的信息量，具体的，可 以将多用户卫星边缘计算卸载问题转为动态规划算法里的多阶段决策问题，能在 有限次的迭代过程中达到博弈论里的纳什均衡。
[0105]
或者说，本技术在卫星通信终端所配置的更新决策策略，具体可以将多卫星 通信终端的边缘计算卸载问题转为动态规划算法下的多阶段决策问题，在有限次 的迭代过程中达到纳什均衡时，根据结果确定本地终端是否适合发起计算卸载处 理。
[0106]
进一步的，在引入博弈论里的纳什均衡的方案内容后，本技术还为其提供了 一套更为具体的落地应用方案，更新决策策略具体包括以下内容：
[0107]
作为整体的应用背景，假设有n个卫星通信终端，n＝{1,2,3,....,n}，每个终端都 有需要完成的计算任务，可以自由选择是在终端本地进行计算或者由卫星边缘计 算节点计算。卫星可以支持m个信道上传计算任务，该组无线信道表示为： m＝{1,2,3...,m}。每个终端的计算决策用dn表示，当dn＝0时，表示该终端采用本地 计算，d＝(d1,d2,...,dn)。终端本地处理数为an，任务上传数量为bn，每个任务都可 以用三元组(an,bn,dn)表示。终端通过无线信道上传到边缘计算节点的最大传输 速率用香农定理可以证明：
[0108]
c＝w*log2(1 s/n)(bit/s)
[0109][0110]
其中，w为信道传输带宽，qn为终端传输功率，gn为终端n和卫星之间增益大 小，w0为背景噪声功率。
[0111]
(1)本地执行
[0112]
当用卫星通信终端选择把任务n放在本地执行时，即计算卸载策略dn＝0。此 时终端算力为v
nl
，那么任务n的本地执行耗时为：
[0113]
t
nl
＝an/v
nl
，
[0114]
本地任务执行的能耗为：
[0115]enl
＝θ
nan
，
[0116]
其中，θn为能量消耗系数。
[0117]
综上，本地执行计算任务的整体消耗模型为：
[0118]
[0119][0120]
其中，分别表示本地终端实际工作中时延和能耗两个重要因素所占 比重，当前者较大时，卫星通信终端更在意计算任务时延，当后者较大时， 卫星通信终端更在意本地终端能耗。卫星通信终端可自由设置权重。
[0121]
即，设本地执行任务的整体消耗模型为：
[0122][0123]
其中，t
nl
为任务n的终端本地执行耗时，t
nl
＝an/v
nl
，an为终端本地处理数，v
nl
为终端算力，e
nl
为本地任务执行的能耗，e
nl
＝θ
nan
，θn为能量消耗系数， μ
nt
和μ
ne
为不同的权重值。
[0124]
(2)卫星边缘计算节点执行
[0125]
当本地执行条件不具备或卫星边缘计算节点的执行效率更高时，可以采用此 处的第(2)种办法。此时任务时延包含终端上传至卫星边缘计算节点(sec服务 器)的时延、卫星边缘计算节点(sec服务器)计算时延、任务回传地面时延。
[0126]
另外，若sec计算资源达到上限时，其他卫星通信终端需要等待sec资源重 新释放后才能上传并执行任务，这样会额外产生等待时延。在sec计算过程中， 本地终端只有上传能耗损失，无计算能耗损失，回传能耗也可忽略不计。
[0127]
终端用户n上传任务输入数据bn的时间为：
[0128]
t
nc
(d)＝bn/cn(d)，
[0129]
sec计算时延为，：
[0130]
t
nce
＝bn/v
nc
，
[0131]
其中，v
nc
为sec服务器算力，
[0132]
终端用户n的等待sec资源释放时延为t
wc
，
[0133]
上传能耗为：
[0134]enc
(d)＝pn*t
nc
(d)，
[0135]
其中，pn表示本地终端n的上传功率。
[0136]
此时卫星边缘计算节点执行计算任务的整体消耗模型为：
[0137][0138]
针对大部分任务，经过sec计算后的最终结果数据量明显低于上传数据量bn， 故本技术可以不再计算任务回传地面时延与能耗。
[0139]
即，设卫星边缘计算节点执行计算任务的整体消耗模型为：
[0140][0141]
其中，t
nc
(d)为终端用户n上传任务输入数据bn的延时，t
nc
(d)＝bn/cn(d)， t
nce
为卫星边缘计算节点的计算延时，t
nce
＝bn/v
nc
，v
nc
为卫星边缘计算节点算力，t
wc
为终端用户等待卫星边缘计算节点资源释放延时，e
nc
(d)为上传能耗，e
nc
(d) ＝pn*t
nc
(d)，pn为终端上
传功率；
[0142]
(3)基于纳什均衡的计算卸载策略
[0143]
如果任意一位参与者在其他所有参与者的策略确定的情况下，其选择的策略是 当下最优值，那么这个选择集合就被定义为纳什均衡。
[0144]
本方案针对计算任务在计算过程中产生的时延和能耗求最优解，每个终端都有 本地执行或卫星边缘计算节点执行两种选择，在做每个决策时，假设除参与者外 其他终端用户选择已经确认，参与者会根据其他终端用户的选择再来决定是本地 执行或卫星边缘计算节点执行，进而获得收益最大化或损失最小化，然后重复以 上步骤，每个参与者都会对其他终端用户的下一步策略产生可能的不同影响，最 终使每个参与者都能获得当前状态下的最大效益，达到纳什均衡状态。
[0145]
值得一提的是，当同一时间多个终端选择卫星边缘计算卸载情形下，选择同 一信道的不同终端用户会产生不同程度的干扰，从到导致数据传输速率降低，本 地上传到卫星时延增大，上传能耗也增大。故在多终端用户场景下，每个终端会 考虑当下最大化自身效益的决策，只有将计算任务卸载到卫星边缘计算节点执行 时才叫做有效卸载。因此本方案将多用户卫星边缘计算卸载问题转为动态规划算 法里的多阶段决策问题，能在有限次的迭代过程中达到博弈论里的纳什均衡。
[0146]
(4)模型构建
[0147]
定义di＝(d1,...,d
i-1
,d
i 1
,...,dn)为除了终端用户i之外其他用户终端的决策向量集 合。假设初始预设一个决策策略，终端用户i则会在当前约束条件下，选择整体时 延和能耗最小的卸载方式di，消耗结果可从前面步骤计算得到：
[0148][0149]
因此，当终端用户i已预知当前决定卸载到卫星边缘计算节点执行的终端用户 数bn，f为卫星边缘计算力上限，终端用户i向sec服务器上传任务所产生的消耗可 估算为：
[0150][0151]
即，定义di＝(d1,...,d
i-1
,d
i 1
,...,dn)为除了终端i之外其他终端的决策向量集合， 终端i上传任务所产生的消耗估算为：
[0152][0153]
其中，bn为终端i已预知当前决定卸载到卫星边缘计算节点执行的终端用户数，f 为卫星边缘计算力上限。
[0154]
(5)纳什均衡求解算法
[0155]
根据上述模型，本方案设计的基于纳什均衡的卫星通信边缘计算卸载算法， 能够最大程度保障终端用户的个性化需求，实现当前限制条件下的整体消耗最优 解，并且能够在有限次的算法循环中没有终端用户进行决策更新，达到当前时间 窗口的纳什均衡的稳定状态。在不同的时间窗口，各个终端用户都会尝试决策更 新，但并非每项决策能够获得
通过其决策。
[0156]
5.1计算卸载环境测算
[0157]
在该阶段，终端用户i会得到各个无线信道的基本信息，从而计算出各个信道 的干扰值，终端用户接收到的每个信道上的接收功率为每个信 道的干扰为：
[0158][0159]
终端用户i可以通过各个信道的干扰情况得到信息传递速率，进而计算出各个 信道上的传输时延和传输能量消耗，从而做出效益最大化的最佳决策。
[0160]
5.2计算卸载决策更新
[0161]
在每一次循环和迭代中，本方案可以仅允许每次一个终端用户的决策更新， 有限次循环后，所有的终端用户不再更新决策，则达到了该时间间隙的纳什均衡 状态。
[0162][0163]
如果计算出来的最优策略与现有策略不相同，即δ(t)≠d(t)，则更新此次决策， di(t 1)＝δ(t)；否则di(t 1)＝d(t)，其他用户保持原有策略不变。
[0164]
在单位时间间隙内，每个终端用户经历过多次决策更新直到再无新的终端决 策提交，至此算法结束，整体终端用户决策达到纳什均衡状态。
[0165]
即，在每一次迭代过程中，仅允许每次一个终端的决策更新，经过有限次的 迭代循环后，所有终端不再更新决策，则达到了纳什均衡状态，此时判断是否满 足
△
(t)≠d(t)，
[0166]
若满足
△
(t)≠d(t)，则更新适合发起计算卸载处理的决策状态，di(t 1)＝
△
(t)， 若不满足
△
(t)≠d(t)，则保持适合发起计算卸载处理的决策状态，di(t 1)＝d(t)，其中，
[0167]
具体的，对于以上内容，还可以结合图2示出的本技术更新决策策略的一种算 法流程图(终端用户也可以以用户终端指示)，通过下面的算法流程进行体现：
[0168]
s01:策略初始化，所有终端用户均选择本地计算，d(t)＝0；
[0169]
s02:while当没有收到终止命令，do；
[0170]
s03:for每个时间间隙t的决策d(t)和每个用户终端i循环，do；
[0171]
s04:计算上传信道速率、干扰、时延和能耗；
[0172]
s05:收集决定上传到卫星边缘计算节点执行的终端用户数bn；
[0173]
s06:计算最优响应决策
△
(t)；
[0174]
s07:if
△
(t)≠d(t)，则发送请求信号到边缘计算服务器；
[0175]
s08:收到更新信号后决定是否更新决策；
[0176]
s09:若更新，di(t 1)＝
△
(t)；
[0177]
s10:else决策不更新di(t 1)＝d(t)；
[0178]
s11:end。
[0179]
执行流程如图2所示，同一时间间隙所有有计算任务的终端用户挨个重复，通 过
循环不断更新计算执行决策方式直到所有终端用户决策都不再更新，说明此时 达到了纳什均衡的稳定状态，整个系统的资源消耗达到最小。
[0180]
在以上内容可以注意到的是，本技术所配置的更新决策策略，其具体还可以 以预设的时间间隔进行迭代更新，如此可以定时更新，为未知的、可能获取到的 计算任务提前确定是否适合发起基于卫星通信网络的计算卸载处理。
[0181]
此外，在具体应用中，除了可以从卫星通信终端本身出发，来判断是否适合 发起基于卫星通信网络的计算卸载处理，还可从计算任务本身出发，来判断是否 适合发起基于卫星通信网络的计算卸载处理，如此为本技术的落地应用提供更为 灵活的选择空间，可以实现更为多变、灵活的应用效果。
[0182]
具体的，卫星通信终端将计算任务发送至卫星通信网络中适配的目标卫星边 缘计算节点之前，本技术还可以包括以下内容：
[0183]
卫星通信终端判断计算任务是否可以通过计算卸载服务进行处理；
[0184]
若可以，则卫星通信终端将计算任务发送至卫星通信网络中适配的目标卫星 边缘计算节点；
[0185]
若不可以，则卫星通信终端在本地处理计算任务。
[0186]
其中，可以理解的是，计算任务可以通过携带的相关标识，来标识其是否可 以通过计算卸载服务进行处理，又或者，卫星通信终端可以通过计算任务的任务 类型、所需算力等一种或者多种的考虑因素，来确定计算任务本身是否可以通过 计算卸载服务进行处理。
[0187]
而若确定了计算任务本身无需通过计算卸载服务进行处理后，则可无需基于 更新决策策略，判断本地是否适合发起基于卫星通信网络的计算卸载处理，或者 无需将计算任务发送至卫星通信网络中适配的目标卫星边缘计算节点，直接终端 本地执行。
[0188]
此外，对于本技术基于卫星通信网络的计算卸载服务，其涉及的卫星边缘计 算节点，可以理解，可以是预设为相对不变的，也就是说，由特定的卫星边缘计 算节点来提供计算卸载服务，而在更进一步的具体应用中，本技术认为，还可涉 及到节点的更新，例如可以涉及到节点扩充、节点删除、节点上下线等更新情况。
[0189]
对应的，卫星通信终端将计算任务发送至卫星通信网络中适配的目标卫星边 缘计算节点之前，本技术还可包括：
[0190]
卫星通信终端按照预设的更新策略，更新卫星通信网络中的不同卫星边缘计 算节点。
[0191]
其中，该更新策略，可以按照预设的时间间隔进行更新，或者在预设的时间 点进行更新，或者根据接收到的、实时的节点更新通知进行更新，具体的，其更 新策略内容，可以随实际情况进行灵活部署，本技术在此不做具体限定。
[0192]
以上是本技术提供基于卫星通信网络的计算卸载方法的介绍，为便于更好的 实施本技术提供的基于卫星通信网络的计算卸载方法，本技术还从功能模块角度 提供了一种基于卫星通信网络的计算卸载装置。
[0193]
参阅图3，图3为本技术基于卫星通信网络的计算卸载装置的一种结构示意图， 在本技术中，基于卫星通信网络的计算卸载装置300具体可包括如下结构：
[0194]
获取单元301，用于获取计算任务；
[0195]
判断单元302，用于基于更新决策策略，判断本地是否适合发起基于卫星通信 网络的计算卸载处理，若是，则触发发送单元303；
[0196]
发送单元303，用于将计算任务发送至卫星通信网络中适配的目标卫星边缘计 算节点，以进行对应的计算处理，卫星通信网络中包含多个卫星边缘计算节点为 地面的不同卫星通信终端提供边缘计算的计算卸载服务。
[0197]
在一种示例性的实现方式中，更新决策策略具体通过计算时延和计算能耗两 大因素来衡量是否适合发起基于卫星通信网络的计算卸载处理。
[0198]
在又一种示例性的实现方式中，更新决策策略具体将多卫星通信终端的边缘 计算卸载问题转为动态规划算法下的多阶段决策问题，在有限次的迭代过程中达 到纳什均衡时，根据结果确定本地终端是否适合发起计算卸载处理。
[0199]
在又一种示例性的实现方式中，更新决策策略具体包括以下内容：
[0200]
设本地执行任务的整体消耗模型为：
[0201][0202]
其中，t
nl
为任务n的终端本地执行耗时，t
nl
＝an/v
nl
，an为终端本地处理数，v
nl
为终端算力，e
nl
为本地任务执行的能耗，e
nl
＝θ
nan
，θn为能量消耗系数， μ
nt
和μ
ne
为不同的权重值；
[0203]
设卫星边缘计算节点执行计算任务的整体消耗模型为：
[0204][0205]
其中，t
nc
(d)为终端用户n上传任务输入数据bn的延时，t
nc
(d)＝bn/cn(d)， t
nce
为卫星边缘计算节点的计算延时，t
nce
＝bn/v
nc
，v
nc
为卫星边缘计算节点算力，t
wc
为终端用户等待卫星边缘计算节点资源释放延时，e
nc
(d)为上传能耗，e
nc
(d) ＝pn*t
nc
(d)，pn为终端上传功率；
[0206]
定义di＝(d1,...,d
i-1
,d
i 1
,...,dn)为除了终端i之外其他终端的决策向量集合，终端i 上传任务所产生的消耗估算为：
[0207][0208]
其中，bn为终端i已预知当前决定卸载到卫星边缘计算节点执行的终端用户数，f 为卫星边缘计算力上限；
[0209]
在每一次迭代过程中，仅允许每次一个终端的决策更新，经过有限次的迭代 循环后，所有终端不再更新决策，则达到了纳什均衡状态，此时判断是否满足
△
(t) ≠d(t)，
[0210]
若满足
△
(t)≠d(t)，则更新适合发起计算卸载处理的决策状态，di(t 1)＝
△
(t)， 若不满足
△
(t)≠d(t)，则保持适合发起计算卸载处理的决策状态，di(t 1)＝d(t)，其 中，
[0211]
在又一种示例性的实现方式中，更新决策策略以预设的时间间隔进行迭代更 新。
[0212]
在又一种示例性的实现方式中，判断单元302，还用于：
[0213]
判断计算任务是否可以通过计算卸载服务进行处理；
[0214]
若可以，则将计算任务发送至卫星通信网络中适配的目标卫星边缘计算节点；
[0215]
若不可以，则在本地处理计算任务。
[0216]
在又一种示例性的实现方式中，装置还包括更新单元304，用于：
[0217]
按照预设的更新策略，更新卫星通信网络中的不同卫星边缘计算节点。
[0218]
本技术还从硬件结构角度提供了一种卫星通信终端，参阅图4，图4示出了本 申请卫星通信终端的一种结构示意图，具体的，本技术卫星通信终端可包括处理 器401、存储器402以及输入输出设备403，处理器401用于执行存储器402中存储的 计算机程序时实现如图1对应实施例中基于卫星通信网络的计算卸载方法的各步骤； 或者，处理器401用于执行存储器402中存储的计算机程序时实现如图3对应实施例 中各单元的功能，存储器402用于存储处理器401执行上述图1对应实施例中基于卫 星通信网络的计算卸载方法所需的计算机程序。
[0219]
示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模 块/单元被存储在存储器402中，并由处理器401执行，以完成本技术。一个或多个 模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描 述计算机程序在计算机装置中的执行过程。
[0220]
卫星通信终端可包括，但不仅限于处理器401、存储器402、输入输出设备 403。本领域技术人员可以理解，示意仅仅是卫星通信终端的示例，并不构成对卫 星通信终端的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或 者不同的部件，例如卫星通信终端还可以包括网络接入设备、总线等，处理器 401、存储器402、输入输出设备403等通过总线相连。
[0221]
处理器401可以是中央处理单元(central processing unit，cpu)，还可以是其 他通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor，dsp)、专用集成电路 (application specific integrated circuit，asic)、现场可编程门阵列 (field-programmable gate array，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者 晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也 可以是任何常规的处理器等，处理器是卫星通信终端的控制中心，利用各种接口 和线路连接整个设备的各个部分。
[0222]
存储器402可用于存储计算机程序和/或模块，处理器401通过运行或执行存储 在存储器402内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器402内的数据，实 现计算机装置的各种功能。存储器402可主要包括存储程序区和存储数据区，其中， 存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存 储根据卫星通信终端的使用所创建的数据等。此外，存储器可以包括高速随机存 取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存 储卡(smart media card，smc)，安全数字(secure digital，sd)卡，闪存卡(flashcard)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
[0223]
处理器401用于执行存储器402中存储的计算机程序时，具体可实现以下功能：
[0224]
获取计算任务；
[0225]
基于更新决策策略，判断本地是否适合发起基于卫星通信网络的计算卸载处 理；
[0226]
若是，则将计算任务发送至卫星通信网络中适配的目标卫星边缘计算节点， 以进行对应的计算处理，卫星通信网络中包含多个卫星边缘计算节点为地面的不 同卫星通信终端提供边缘计算的计算卸载服务。
[0227]
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的 基于卫星通信网络的计算卸载装置、卫星通信终端及其相应单元的具体工作过程， 可以参考如图1对应实施例中基于卫星通信网络的计算卸载方法的说明，具体在此 不再赘述。
[0228]
本领域普通技术人员可以理解，上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤 可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一 计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。
[0229]
为此，本技术提供一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，该指令 能够被处理器进行加载，以执行本技术如图1对应实施例中基于卫星通信网络的计 算卸载方法的步骤，具体操作可参考如图1对应实施例中基于卫星通信网络的计算 卸载方法的说明，在此不再赘述。
[0230]
其中，该计算机可读存储介质可以包括：只读存储器(read only memory， rom)、随机存取记忆体(random access memory，ram)、磁盘或光盘等。
[0231]
由于该计算机可读存储介质中所存储的指令，可以执行本技术如图1对应实施 例中基于卫星通信网络的计算卸载方法的步骤，因此，可以实现本技术如图1对应 实施例中基于卫星通信网络的计算卸载方法所能实现的有益效果，详见前面的说 明，在此不再赘述。
[0232]
以上对本技术提供的基于卫星通信网络的计算卸载方法、装置、卫星通信终 端以及计算机可读存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本技术的 原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本技术的方法 及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本技术的思想，在具体实施 方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申 请的限制。