低轨卫星网络中业务图驱动的星间协作计算方案

摘要低轨卫星网络具备覆盖范围广、星地链路短等优点,成为当前的热点研究领域。针对将业务卸载到云计算中心产生过高传输时延的问题,提出在低轨卫星网络中实现业务图驱动的星间协作计算方法。该方法首先依托加权时间扩展图模型,屏蔽低轨卫星网络的动态性;之后联合多颗卫星的计算资源和星间链路资源,将有向无环图形式的业务调度到传输路径内的卫星上,实现业务在低轨卫星网络内的“边传输边计算”。仿真结果表明,当数据量取5 MB时,星间协同计算的时延性能相比地面云计算提高了58.9%。

关键词低轨卫星网络 ; 时间扩展图 ; 星间协作计算

1 引言

卫星网络具备覆盖范围广、抗毁性强等显著优点,目前已被应用到应急通信、导航定位等领域中。特别地,低轨卫星网络(Low Earth Orbit-Satellite Network, LEO-SN)凭借星地传输距离短、建造成本低等独特优势获得了学术界和工业界的广泛关注。

现有的LEO-SN均采用弯管式传输数据,海量用户数据通过LEO-SN转发至地面云中心,云平台凭借其强大的计算能力为用户提供集中式的计算服务。卫星转发的数据传到地面云中心产生的通信开销大、时延高,难以有效支撑抗震救灾等时延敏感型业务。因此,卫星在轨计算得到广大学者的关注,通过将任务直接卸载在卫星上进行计算可显著降低传输时延。受限于卫星载荷能力和宇宙射线的制约,低轨(Low Earth Orbit, LEO)卫星单星计算能力难以得到大幅度提升,将业务卸载在单颗LEO卫星上将导致计算时延过高,同样无法满足业务的低时延需求。因此,利用整个LE

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