[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

说明书

本发明提供了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,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：，其中表示低轨卫星的数量，表示中轨卫星的数量，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；应用此方案可实现降低整体网络复杂度的降低，更加实用及节能。

技术领域

本发明涉及空天地一体化网络技术领域，特别是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。

背景技术

近年来，无人舰艇，海洋环境监测、目标跟踪和应急响应等各种海上应用高速发展，这些应用往往具有复杂的计算任务需求。然而，船舶端的资源有限，极大地限制了海上以计算为中心的应用的发展。因此，提高数据传输的质量，减少传输延迟，设计一个合理的网络架构应用于的海上任务的计算卸载是非常必要的。

边缘计算是指在靠近物或者数据源头的一侧，采用具有网络、计算、存储等能力集合为一体的开放平台，就近提供服务。其应用程序在边缘侧发起，能够产生更快的响应，节省计算时间，满足用户需求。海洋通信系统主要包括海上无线通信、海洋卫星通信和岸基移动通信。移动边缘计算(MEC)具有功耗低、响应速度快和计算力强等特点，能很好地满足海洋用户计算密集型的应用需求。由于空间和能量的限制，基于地(海)面的边缘计算设备部署无法满足日益增长的计算任务需求，而空天地一体网络(SAGINs)能够提供无处不在的连接和全球覆盖，可以借助空天地一体化网络将部分边缘计算转向空中/轨道计算网络，实现空天地一体化网络的协同计算任务卸载，从而大大减轻地(海)面的计算压力。

现有技术的基于边缘计算的空天地一体化网络体系构架由五个部分组成：卫星网络，空中网络，海面网络，水下网络，地面网络。卫星网络由低轨道卫星，中轨道卫星和地球同步轨道卫星组成。空中网络由无人机和高空平台组成。海面网络由移动的无人船组成。水下网络由无人潜艇组成。地面网络由岸基基站组成。海洋环境中，风力强劲，无人机的运动，悬停无疑会耗费巨大的能量。无人机的能量有限，巨大的能量消耗将会大大减少其续航时间。而移动的无人船，将会导致成本和能耗的增加，此外，海中大量的无人船会增加船只行驶的危险。而水下潜艇与空中网络的通信是一个很大的问题，导致该网路的连通性不足。岸基基站更是只能够覆盖近海的一小部分地区。总的来说，该网络系统并没有很好的考虑到海洋的实际情况，增加了成本与能量消耗，并不能很好的组成一个异构网络为海上用户提供边缘计算服务。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供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，实现降低整体网络复杂度的降低，更加实用及节能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：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,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；