星地直连系统及星地直连终端数据处理方法与流程

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种星地直连系统及星地直连终端数据处理方法。

背景技术：

星地直连终端可以不经过中转站直接与卫星进行通信，是在传统移动通信网络无法覆盖区域的重要通信手段。随着卫星应用的不断拓展，如天基物联网、天基互联网，星地直连终端的重要性日益彰显。由于星地直连终端主要采用野外或海上大面积部署或随身携带的方式被使用。因此，便携性和待机时间是衡量星地直连终端的重要性能指标。

由于应用的需要，越来越多的传感器被集成到同一终端中，终端所采集的数据量也随之增加。但星地直连终端的能源、尺寸、重量、环境适应性等因素极大地限制了终端的数据处理能力。在有限的计算资源下，对大量数据进行处理，将给终端带来巨大的能源消耗，从而缩短终端的待机时间。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种星地直连系统及星地直连终端数据处理方法。具体技术方案如下：

第一方面，提供了一种星地直连系统，所述系统包括：星地直连终端、移动站和卫星；所述移动站用于与所述星地直连终端和所述卫星进行通信，并具备数据处理和存储功能；所述星地直连终端与所述移动站建立连接将部分或全部计算任务分配给所述移动站。

在一种可能的设计中，所述移动站包括：卫星通信天线、终端通信天线、数据处理模块和数据存储模块；所述卫星通信天线用于与所述卫星进行通信；所述终端通信天线用于与所述星地直连终端进行通信；所述数据处理模块用于为所述星地直连终端提供计算服务；所述数据存储模块用于存储所述星地直连终端发来的数据及数据处理结果。

在一种可能的设计中，所述数据处理模块采用移动边缘计算技术将计算资源进行整合，以虚拟机或容器的方式为所述星地直连终端提供计算服务。

第二方面，提供了一种如上述任一项所述的星地直连系统中星地直连终端的数据处理方法，所述方法包括：

星地直连终端有计算任务时，搜索有无可连接的移动站；

当无可连接的移动站时，星地直连终端在本地对数据进行处理；

当有可连接的移动站时，星地直连终端选择其中信号最强的移动站作为目标移动站，并与目标移动站建立连接；

星地直连终端测试与目标移动站间网络宽带，比较将数据发送到目标移动站处理的能源开销和本地计算的能源开销；

若本地计算的能源开销小于或等于发送到目标移动站处理的能源开销，星地直连终端在本地对数据进行处理；

若本地计算的能源开销大于发送到目标移动站处理的能源开销，星地直连终端发送需要处理的数据到目标移动站；

目标移动站对数据进行处理，并将处理结果返回给星地直连终端。

在一种可能的设计中，将数据发送给目标移动站处理的能源开销通过下述公式一确定：

式中，er为将数据发送给目标移动站处理的能源开销，d0为需要处理的数据量，dr为处理后结果的数据量，b为星地直连终端测得的与目标移动站间的链路带宽，et为传输数据时单位时间内的能源开销。

在一种可能的设计中，星地直连终端将数据本地计算的能源开销通过下式公式二确定：

式中，el为本地计算的能源开销，c0为当前计算任务下数据量为d0时的计算量，r为星地直连终端当前可用的计算资源，ec为单位时间内计算资源的能源开销。

在一种可能的设计中，所述方法还包括：

事先对星地直连终端上可能运行的计算任务在单位数据下的计算结果数据量进行测量，确定计算任务中数据量与结果数据量量的对应关系，并将测量结果存储在星地直连终端中；

星地直连终端在计算将数据发送给目标移动站处理的能源开销时，根据存储的测量结果确定当前计算任务下数据量为d0时的结果数据量dr。

在一种可能的设计中，所述方法还包括：

事先对星地直连终端上可能运行的计算任务在单位数据下的计算量进行测量，确定计算任务中数据量与计算量的对应关系，并将测量结果存储在星地直连终端中；

星地直连终端在确定本地计算资源的能源开销时，根据存储的测量结果确定当前计算任务下数据量为d0时的计算量c0。

本发明技术方案的主要优点如下：

本发明的星地直连系统及星地直连终端数据处理方法，通过移动边缘计算技术，运用移动站为星地直连终端分摊运算任务，从而降低星地直连终端的运算量，达到延长星地直连终端待机时间的目的。且星地直连终端通过比较将数据发送到移动站处理的能源开销和本地计算的能源开销来决定数据处理方式，能避免移动边缘计算对星地直连终端能源开销带来负面影响。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一实施例提供的星地直连系统的架构图；

图2为本发明一实施例提供的星地直连终端数据处理方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图，详细说明本发明实施例提供的技术方案。

第一方面，本发明实施例提供了一种星地直连系统，如附图1所示，该系统包括：星地直连终端、移动站和卫星。移动站用于与星地直连终端和卫星进行通信，并具备数据处理和存储功能，移动站采用移动边缘计算部署为边缘计算平台。星地直连终端与移动站建立连接将部分或全部计算任务分配给移动站。

本发明实施例提供的星地直连系统中，星地直连终端通过移动边缘计算技术，可以选择性地运用移动站为星地直连终端分摊运算任务，从而降低星地直连终端的运算量，降低能源消耗，达到延长星地直连终端待机时间的目的。

具体地，对于移动站的结构，以下进行示例说明：

如附图1所示，移动站包括：卫星通信天线、终端通信天线、数据处理模块和数据存储模块。卫星通信天线用于与卫星进行通信；终端通信天线用于与星地直连终端进行通信；数据处理模块用于为星地直连终端提供计算服务；数据存储模块用于存储星地直连终端发来的数据及数据处理结果。

如此设置，移动站中具备终端通信天线和卫星通信天线，能同时与星地直连终端和卫星实现连接，为星地直连终端提供计算服务不会对移动站自身的任务产生影响。并且，移动站中的数据存储模块能为星地直连终端提供数据存储服务，降低星地直连终端对存储空间的需求。

其中，数据处理模块采用移动边缘计算技术将计算资源进行整合，以虚拟机或容器的方式为星地直连终端提供计算服务。如此设置，使移动站能同时接收多个星地直连终端的计算请求，并实现各个计算任务间的隔离。

第二方面，本发明实施例提供了一种如上述任一项的星地直连系统中星地直连终端的数据处理方法，如附图2所示，该方法包括：

星地直连终端有计算任务时，搜索有无可连接的移动站。一般地，星地直连终端可否与移动站建立连接通过星地直连终端信号范围确定；星地直连终端信号覆盖范围内有移动站时，能与移动站建立连接，如附图1中的星地直连终端1。星地直连终端信号覆盖范围内无移动站时，不能与移动站建立连接，如附图1中的星地直连终端2。

当无可连接的移动站时，星地直连终端在本地对数据进行处理。如附图1中的星地直连终端2。

当有可连接的移动站时，星地直连终端选择其中信号最强的移动站作为目标移动站，并与目标移动站建立连接。如附图1中的星地直连终端1。选择信号最强的移动站作为目标移动站可以使星地直连终端与目标移动站间传输数据的能源开销较小，起到节能目的。

星地直连终端测试与目标移动站间网络宽带，比较将数据发送到目标移动站处理的能源开销和本地计算的能源开销。

若本地计算的能源开销小于或等于发送到目标移动站处理的能源开销，星地直连终端在本地对数据进行处理。

若本地计算的能源开销大于发送到目标移动站处理的能源开销，星地直连终端发送需要处理的数据到目标移动站。

目标移动站对数据进行处理，并将处理结果返回给星地直连终端。

本发明实施例提供的星地直连终端数据处理方法，通过移动边缘计算技术，运用移动站为星地直连终端分摊运算任务，从而降低星地直连终端的运算量，达到延长星地直连终端待机时间的目的。且星地直连终端通过比较将数据发送到移动站处理的能源开销和本地计算的能源开销来决定数据处理方式，避免移动边缘计算对星地直连终端能源开销带来负面影响。

其中，将数据发送给目标移动站处理的能源开销通过下述公式一确定：

式中，er为将数据发送给目标移动站处理的能源开销，d0为需要处理的数据量，dr为处理后结果的数据量，b为终端测得的与移动站间的链路带宽，et为传输数据时单位时间内的能源开销。

星地直连终端将数据本地计算的能源开销通过下式公式二确定：

式中，el为本地计算的能源开销，c0为当前计算任务下数据量为d0时的计算量，r为星地直连终端当前可用的计算资源，ec为单位时间内计算资源的能源开销。

对特定的星地直连终端而言，其采集的数据及数据处理方法相对固定，因此，对于特定的星地直连终端而言，其可能运行的计算任务中数据量与计算结果数据量之间存在固定的对应关系。基于此，本发明实施例提供的星地直连终端数据处理方法还包括：

事先对星地直连终端上可能运行的计算任务在单位数据下的计算结果数据量进行测量，确定计算任务中数据量与结果数据量量的对应关系，并将测量结果存储在星地直连终端中；星地直连终端在确定本地计算资源的能源开销时，根据存储的测量结果确定当前计算任务下数据量为d0时的结果数据量dr。

对特定的星地直连终端而言，其采集的数据及数据处理方法相对固定，因此，对于特定的星地直连终端而言，其可能运行的计算任务中计算量与数据量之间存在固定的对应关系。基于此，本发明实施例提供的星地直连终端数据处理方法还包括：

事先对星地直连终端上可能运行的计算任务在单位数据下的计算量进行测量，确定计算任务中数据量与计算量的对应关系，并将测量结果存储在星地直连终端中；星地直连终端在确定本地计算资源的能源开销时，根据存储的测量结果确定当前计算任务下数据量为d0时的计算量c0。

综上所述，本发明实施例提供的星地直连系统及星地直连终端数据处理方法具备以下有益效果：

1、利用卫星移动站为星地直连终端分摊运算任务，从而降低星地直连终端的运算量，达到延长星地直连终端待机时间的目的。

2、移动站能同时与星地直连终端和卫星实现连接。因此，为星地直连终端提供计算服务不会对移动站自身的任务产生影响。而且，移动站可为星地直连终端提供数据存储服务，降低终端对存储空间的需求。

3、星地直连终端通过比较将数据发送到移动站处理的能源开销和本地计算的能源开销来决定数据处理方式，能避免移动边缘计算对星地直连终端能源开销带来负面影响。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外，本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。

最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。