[发明专利]一种基于空天地一体化网络的海洋边缘计算任务卸载系统

权利要求书

1.一种基于空天地一体化网络的海洋边缘计算任务卸载系统,其特征在于包括海面层、空中层和卫星层；所述海面层包括多个海面基站，所述海面基站包括能量回收基站、卫星地面站和第一边缘计算服务器；所述空中层包括高空气球，所述高空气球通过钢索固定于海底；所述卫星层包括部署于空间相应的轨道上的低轨卫星、中轨卫星及地球同步轨道卫星，其数量关系满足：N_LEO＞N_MEO＞N_GEO，其中N_LEO表示低轨卫星的数量，N_MEO表示中轨卫星的数量，N_GEO表示地球同步轨道卫星的数量；所述低轨卫星上搭载有第二边缘计算服务器；

所述海面基站的位置为其中即海面基站BS的水平坐标和海面基站BS的天线高度；每个海面基站BS的通信范围为R_BS；每个海面基站BS的第一边缘计算服务器能够同时处理任务数量有限，为Ω；

所述高空气球的位置为其中即高空气球TA的水平坐标和高空气球TA的高度；每个高空气球TA的通信范围为R_TA；高空气球TA的位置与海面基站BS的位置相关；采用K-means聚类算法对海面基站BS进行分类；分类过程如下：

(1)输入分类数k，最大迭代次数m；

(2)从L_BS中随机选择k个位置作为初始的k个聚类中心e：{e₁,e₂,...,e_k}；

(3)进入迭代

(4)初始分类

(5)计算各海面基站到各初始聚类中心e_k的距离：将最小距离的标记为对应类别λ_i，此时更新分类

(6)对C_n中的所有样本重新计算新的聚类中心e_n：

(7)如果所有聚类中心不再变化或者到达最大迭代次数m，则退出迭代，输出分类C＝{C₁,C₂,...,C_k}；

(8)其对应的聚类中心{e₁,e₂,...,e_k}为高空系留气球的部署位置。

2.根据权利要求1所述的一种基于空天地一体化网络的海洋边缘计算任务卸载系统,其特征在于包括任务的卸载计算过程，包括以下步骤：

步骤1：根据任务产生的距离远近，即附近有无基站的分布，将任务划分为近海任务与远洋任务；

步骤2：近海任务的计算卸载：首先用户船搜索周边，是否处在海面基站的覆盖范围内，若处在海面基站的覆盖范围内，则直接将任务卸载到相应的信道质量最好的海面基站；海面基站直接将计算结果返回用户船；若用户船不处于海面基站的覆盖范围内，则将任务卸载至高空气球，由高空气球卸载至其通信范围内的海面基站；海面基站计算完毕后将结果回传至高空气球，高空气球返回至用户船；

步骤3：远洋任务的计算卸载：远洋任务即是处在海面基站及高空气球覆盖范围以外的用户产生的任务，采用低轨卫星LEO进行卸载；任务产生后卸载至经过此地的低轨卫星LEO；低轨卫星LEO根据任务的特性选择本地计算或者上传至卫星地面站计算，计算结果由中轨卫星MEO或者地球同步轨道卫星GEO返回至用户。

3.根据权利要求1所述的一种基于空天地一体化网络的海洋边缘计算任务卸载系统,其特征在于，所述任务的特性具体包括任务的大小或者任务的时延性要求；若任务的特性大，则卸载至卫星地面站计算后计算结果返回至中轨卫星MEO或者地球同步轨道卫星GEO后再返回至用户；若任务特性小，则由低轨卫星LEO本地计算后结果返回至中轨卫星MEO或者地球同步轨道卫星GEO后再返回至用户。

4.根据权利要求1所述的一种基于空天地一体化网络的海洋边缘计算任务卸载系统,其特征在于，所述海面基站设置于近海海域的小岛或礁石上。

5.根据权利要求1所述的一种基于空天地一体化网络的海洋边缘计算任务卸载系统,其特征在于，所述能量收集装置用于收集风能、潮汐能或太阳能。

6.根据权利要求1所述的一种基于空天地一体化网络的海洋边缘计算任务卸载系统，其特征在于，所述高空气球上设置有风力发电机，利用高空中的风力提供能量。