移动卫星通信网络边缘计算架构研究

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传统的移动通信卫星在通信过程中仅作为信息中转站,并不具备数据处理能力,并且传统卫星网络具有传播时延大,频谱带宽资源昂贵等缺点,无法满足时延敏感型业务的发展。为解决移动卫星通信网络面临的上述难题,本文参考边缘计算技术在地基网络中的发展趋势,提出将边缘计算理念应用到未来移动卫星通信网络,形成新一代的移动通信网络边缘计算架构,从而满足各类新兴业务应用需求。移动卫星通信网络边缘计算架构能够实现业务处理在更靠近用户侧的边缘网络节点中进行,从而有效的缩短了服务响应时间、节省了卫星网络中宝贵的回传带宽资源、缓解了远程云数据处理中心的计算压力。本文的主要研究工作从以下两方面开展。本文提出了一种适用于移动卫星通信网络的边缘计算架构。首先对卫星边缘计算架构进行了详细的需求分析,将边缘计算理念应用于传统卫星通信网络能够带来巨大的性能提升,并进一步设计出移动卫星通信网络边缘计算架构,基于分层思想,此架构被划分为四个层次:应用服务层、编排控制层、虚拟化层、基础资源层。然后,论文采用了轻量级虚拟化、软件定义网络、虚拟交换等技术对该架构进行实现。最后,为了测试提出移动卫星通信网络边缘计算架构性能,本文搭建演示验证系统进行测试,测试的性能指标分别是:响应时延,带宽消耗,下载速度。实验结果表明,本文设计的移动卫星通信网络边缘计算架构比传统移动卫星通信网络架构节省了一半响应时延与带宽资源并且下载速度提升将近30%。另一方面为解决卫星边缘计算架构中多用户情形下的计算卸载问题,本文设计了一种基于博弈论的卫星边缘计算计算卸载方法。对于计算卸载中存在多用户同时卸载产生的相互干扰与移动卫星通信网络边缘计算节点资源受限等问题,本文将该计算卸载问题转化为一个博弈问题。通过有限次迭代达到纳什均衡,设计了基于博弈论的计算卸载算法,通过与LP、IWD、IQD三种卸载方法在本地资源消耗、整体资源消耗方面比较,本算法具有更好的适配性并能更好的减小系统的资源消耗。
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