一种基于传算资源联合分配的多波束卫星业务计算方法及系统与流程

1.本发明涉及一种基于传算资源联合分配的多波束卫星业务计算方法及系统，属于卫星通信技术领域。


背景技术：

2.在当前的卫星系统中，卫星将终端获取的数据或自身产生的数据转发到地面云平台进行处理。随着技术的发展和需求的不断提升，传感器产生的数据量越来越大，数据处理计算越来越复杂，为了实现更精确的信息提取，计算依赖越来越严重。另外，通过卫星提供服务的业务差异性大、类型和需求多样、时间和空间分布严重不均，导致通信资源的使用极不平衡，部分波束高负载运行，部分波束通信资源闲置，这对卫星网络的传输和计算资源的高效利用提出了很高的要求。在传统的多波束卫星通信系统中，分配给每个波束的功率和频率资源是固定不变的，且仅是全部卫星资源的一部分，而且现有资源分配算法以数据通信为主，在数据传输过程中不考虑数据内容，不对数据进行业务处理，没有充分利用天基计算平台计算资源，导致传输数据量大、传输时延长，终端能耗高，业务处理时延长。在新一代的卫星通信系统中，卫星具备在轨处理能力，卫星终端业务完成的时间和能耗代价与终端资源分配有极大的关系。目前卫星通信资源分配和计算资源分配是独立的，未将数据处理时延和能耗与通信时延和能耗综合考虑。因此，如何联合考虑有限的天基传输资源、计算资源、功率资源，实现终端业务的传输处理成为需要迫切解决的问题。


技术实现要素：

3.本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中存在的不足，提出了一种基于传算资源联合分配的多波束卫星业务计算方法及系统，能实现载荷资源的实时分配，适应网络流量变化和节点计算负载变化，提高卫星资源利用率。
4.本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：
5.一种基于传算资源联合分配的多波束卫星业务计算方法，包括：
6.卫星接收一个调度周期t内所有终端发送的计算任务需求信息，生成业务申请列表，卫星根据可用带宽资源、处理器计算资源，生成卫星可用资源列表；
7.根据可用资源列表、业务申请列表进行传算资源联合分配，确定最终卸载终端列表及最终无线资源分配方案；
8.将最终卸载终端列表及最终无线资源分配方案传输至各终端；
9.根据最终无线资源分配方案进行资源调度；
10.根据卫星已调度任务占用的资源生成并实时更新卫星可用资源列表，各终端根据卫星的资源调度结果进行数据传输或于各终端内进行数据计算；
11.完成所述数据计算任务后，更新卫星可用资源列表；
12.将数据计算结果由卫星传输至各终端，完成当前调度周期的业务计算，进入下个
调度周期。
13.所述传算资源联合分配具体为：
14.根据可用资源列表获取上行无线资源、下行无线资源、处理器计算资源并进行联合分配，上行无线资源包括卫星连接的各终端的带宽、发射功率，下行无线资源包括卫星连接的各终端的带宽及卫星接收到的各波束的可用时间，并执行卸载策略。
15.所述卸载策略具体如下：
16.计算各终端单独卸载时的卫星系统代价；
17.对各终端单独卸载时的卫星系统代价进行由小到大排序；
18.建立卸载终端列表us并添加空值初始值，对应初始卫星系统代价为所有终端均不卸载时的系统代价，按照排序后卫星系统代价逐一加入卸载终端列表us，每新加入一个终端及对应的卫星系统代价，则重新对卸载终端列表us的所有终端进行无线资源分配。
19.重新对卸载终端列表us的所有终端进行无线资源分配的具体步骤包括：
20.重新进行星上计算资源、卫星接收到的各波束的可用时间、各终端的带宽、各终端的发射功率进行联合分配；
21.根据重新进行的联合分配，重新计算卫星系统代价，当各终端的卫星系统代价不再降低时，由卸载终端列表us中删除最后加入的终端，删除后获取最终卸载终端列表，以最终卸载终端列表对应的无线资源分配方案为最终无线资源分配方案。
22.所述计算任务需求信息包括：
23.数据位置lu，用于描述数据位置，包括星上数据及终端本地数据；
24.待计算数据量执行该计算的程序iu，程序数据量计算后结果数据量计算任务所需的浮点运算次数cu，本地计算耗能eu，终端最大数据传输发射功率pu，各终端计算资源为fu浮点运算次数/s，ps卫星每波束的下行发射功率，其中：
25.本地计算耗能eu由在相同计算环境的实际测试的平均能耗获得，业务申请列表为卫星可用资源列表包括{可用带宽资源，可用计算资源}。
26.计算任务的待传输数据量du包括任务待计算数据量和任务程序数据任务程序数据，当任务程序数据已在卫星上存储时，待传输数据量du仅包括待处理数据量
27.各终端单独卸载时的卫星系统代价s计算方法为：
28.根据终端业务完成时间、终端业务完成能耗确定，具体公式为：
[0029][0030]
式中，tu为终端业务完成时间，eu为终端业务完成能耗，α为优化值，若
[0031]
仅优化时间则取α＝1，若仅优化能耗则取α＝0。
[0032]
终端业务完成时间根据当前终端的业务完成时延确定，其中：
[0033]
当计算任务所需数据储存于终端本地时，若计算任务于星上计算，则确定业务完成时延为上行传输时延、星上计算时延、计算结果下行传输时延之和，其中：
[0034]
上行传输时延为星上计算时延为其中为卫星分配给终端u的计算资源，下行传输时延为端u的计算资源，下行传输时延为为u所在波束分配的工作时隙数占总时隙数的比例，为上行传输速率，为终端u下传速率；其中，n0背景噪声功率谱密度，为终端u到卫星上行信道增益，为卫星到终端u的下行信道增益，包括路损和天线增益；
[0035]
如果计算任务于终端本地计算，则业务完成时延为cu/fu。
[0036]
当计算任务所需数据储存于星上时，若计算任务于星上计算，则业务完成时延为星上计算时延、计算结果下行传输时延之和，其中：
[0037]
星上计算时延为下行传输时延为
[0038]
如果计算任务于终端本地计算，则业务完成时延为下行传输时延与本地计算时延之和，下行传输时延为本地计算时延为cu/fu。
[0039]
终端业务完成时间的计算方法为：
[0040][0041]
终端业务完成能耗的计算方法为：
[0042][0043]
式中，xu∈{0,1}，xu＝1时为星上计算，xu＝0时在终端本地计算，lu∈{0,1}，lu＝1时待计算数据位于星上，lu＝0时待处理数据位于终端本地。eu为本地计算能耗。
[0044]
进行星上计算资源分配时，根据卸载终端列表us，对于列表中各终端分配的计算资源为确定该终端的计算时延为以卸载终端列表中所有终端业务计算时延的和最小化为目标函数，所有终端分配计算资源的和小于卫星总计算资源为约束条件，通过凸优化方法计算各终端分配的计算资源的值。
[0045]
卫星输出的下行波束中，对下行波束的时隙、终端带宽进行分配，其中：
[0046]
确定下行波束中能够同时工作的波束数量，于当前调度周期内确定每个波位的驻留时间为计算d
′u为卫星对终端u的待下传数据，将与波束干扰距离小于r的所有还未分配带宽资源的波束设为集合u，确定设用于业务传输的可用带宽为b，终端u任务可以分配使用d
′u＝0时根据计算结果重复计算至所有终端完成分配。
[0047]
卫星接收的上行波束中，对上行波束的时隙、终端带宽进行分配，其中：
[0048]
将与波束干扰距离小于r的所有还未分配带宽资源的波束设为集合u，确定设用于业务传输的可用带宽为b，终端u任务可以分配使用d
″u为终端u的待向卫星
传输数据，d
″u＝0时根据计算结果重复计算至所有终端完成分配。
[0049]
各终端发射功率的分配方法为：
[0050]
先确定和然后通过二分法解非线性方程组得到pu；
[0051]
以优化系统代价s为目标求解最小化问题，以各终端的发射功率预算不能超过其最大发射功率能力为约束，通过拉格朗日乘子法，确定发射功率pu的非线性方程组，并根据各终端分配的计算资源为终端u任务可以分配使用的通过二分法计算各终端对应的发射功率pu，其中：pu为终端u卸载任务时数据发送的发射功率，0＜pu≤pu。任务不卸载时pu＝0。
[0052]
一种传算资源联合调度的多波束卫星业务计算系统，用于实现多波束卫星业务计算方法，包括：
[0053]
多波束天线单元、多速率数字处理单元、计算单元、管理控制单元、存储单元，其中：
[0054]
多波束天线单元，采用相控阵或反射面形式的多波束天线构成，用于进行信号收发；
[0055]
多速率数字处理单元，根据终端带宽的带宽、发射功率进行通信速率调节；
[0056]
计算单元，根据计算任务进行各终端的加载管理；
[0057]
管理控制单元，用于进行终端管理、资源分配、计算程序加载管理；
[0058]
存储单元，用于存储应用程序及业务数据，新增的应用程序由终端传输并存储；
[0059]
数据交换单元，实现多速率数字处理单元、存储单元、计算单元、管理控制单元之间高速数据交互共享，交互数据包括业务数据、程序数据、控制数据。
[0060]
所述管理控制单元包括任务解析单元、资源分配和调度单元、计算程序管理单元；
[0061]
任务解析单元，对计算任务进行信息种类、运算能耗和运算时间解析；
[0062]
资源分配和调度单元，根据运算复杂度、运算时间，确定计算方式，将计算任务信息数据发送至计算单元的对应芯片中；
[0063]
计算程序管理单元，用于进行终端控制程序的加载、卸载、运行监控，并进行卫星计算资源的申请及释放。
[0064]
本发明与现有技术相比的优点在于：
[0065]
(1)本发明提供的一种基于传算资源联合分配的多波束卫星业务计算方法及系统，卫星波束既可以覆盖流量稀少的区域，也可能覆盖数据量密集的区域。导致卫星传算资源的使用极不平衡，部分波束高负载运行，部分波束通信资源闲置，本专利根据流量负载、计算负载等情况，提出联合波束覆盖及计算策略，实时分配载荷资源，能够适应网络流量变化和节点计算负载变化，自适应制定业务卸载策略和波束跳变覆盖策略，提高卫星资源利用率；
[0066]
(2)本发明方法联合考虑卫星多波束通信负载和计算负载，根据网络状态进行波束带宽差异化分配，相对于现有卫星系统四色或七色复用以及非联合分配，实现空间覆盖、频率带宽、计算资源、功率资源的联合分配，可动态地调整波束间的资源，在同样的业务密度条件下，可以降低卫星网络的带宽需求，此外，本发明以降低终端功耗和业务完成时间为目标，进行卫星和终端计算资源的联合调度，可以有效降低卫星终端的业务时延和功耗，延
长卫星终端电池的使用时长。
附图说明
[0067]
图1为发明提供的业务计算方法的步骤流程图；
[0068]
图2为发明提供的业务处理系统的单元组成示意图；
具体实施方式
[0069]
一种一种基于传算资源联合分配的多波束卫星业务计算方法及系统，根据网络状态进行波束带宽差异化分配，相对于现有卫星系统四色或七色复用以及非联合分配，实现空间覆盖、频率带宽、计算资源、功率资源的联合分配，可动态地调整波束间的资源，可以减少卫星网络的带宽需求，有效降低卫星终端的业务时延和能耗，延迟卫星终端电池的使用时长，具体方法步骤如下：
[0070]
卫星接收一个调度周期t内所有终端发送的计算任务需求信息，生成业务申请列表，卫星根据可用带宽资源、处理器计算资源，生成卫星可用资源列表；
[0071]
根据可用资源列表、业务申请列表进行传算资源联合分配，确定最终卸载终端列表及最终无线资源分配方案；
[0072]
将最终卸载终端列表及最终无线资源分配方案传输至各终端；
[0073]
根据最终无线资源分配方案进行资源调度；
[0074]
根据卫星已调度任务占用的资源生成并实时更新卫星可用资源列表，各终端根据卫星的资源调度结果进行数据传输或于各终端内进行数据计算；
[0075]
完成计算任务后，更新卫星可用资源列表；
[0076]
将计算任务的计算结果由卫星传输至各终端，完成当前调度周期的业务计算，进入下个调度周期。
[0077]
其中，传算资源联合分配具体为：
[0078]
对上行无线资源、下行无线资源、计算资源进行联合分配，上行无线资源包括卫星连接的各终端的带宽、发射功率，下行无线资源包括卫星连接的各终端的带宽及卫星接收到的各波束的可用时间，并执行卸载策略；
[0079]
卸载策略具体如下：
[0080]
计算各终端单独卸载时的卫星系统代价；
[0081]
对各终端单独卸载时的卫星系统代价进行由小到大排序；
[0082]
建立卸载终端列表us并添加空值初始值，对应初始卫星系统代价为所有终端均不卸载时的系统代价，按照排序后卫星系统代价逐一加入卸载终端列表us，每新加入一个终端及对应的卫星系统代价，则重新对卸载终端列表us的所有终端进行无线资源分配；
[0083]
重新对卸载终端列表us的所有终端进行无线资源分配的具体步骤包括：
[0084]
重新进行星上计算资源、卫星接收到的各波束的可用时间、各终端的带宽、各终端的发射功率进行联合分配；
[0085]
根据重新进行的联合分配，重新计算卫星系统代价，当各终端的卫星系统代价不再降低时，由卸载终端列表us中删除最后加入的终端，删除后获取最终卸载终端列表，以最终卸载终端列表对应的无线资源分配方案为最终无线资源分配方案；
[0086]
计算任务需求信息包括：
[0087]
数据位置lu，用于描述数据位置，包括星上数据及终端本地数据；
[0088]
待计算数据量bits，执行该计算的程序iu，程序数据量bits，计算后结果数据量bits，计算任务所需的浮点运算次数cu，本地计算耗能eu，终端最
[0089]
大数据传输发射功率pu，各终端计算资源为fu浮点运算次数/s，ps卫星每波束的下行发射功率，其中：
[0090]
本地计算耗能eu由在相同计算环境的实际测试的平均能耗获得，业务申请列表为卫星可用资源列表包括{可用带宽资源，可用计算资源}；
[0091]
计算任务的待传输数据量du包括任务待计算数据量和任务程序数据任务程序数据，当任务程序数据已在卫星上存储时，待传输数据量du仅包括待处理数据量
[0092]
各终端单独卸载时的卫星系统代价s计算方法为：
[0093]
根据终端业务完成时间、终端业务完成能耗确定，具体公式为：
[0094][0095]
式中，tu为终端业务完成时间，eu为终端业务完成能耗，α为优化值，若仅优化时间则取α＝1，若仅优化能耗则取α＝0；
[0096]
终端业务完成时间根据当前终端的业务完成时延确定，其中：
[0097]
当计算任务所需数据储存于终端本地时，若计算任务于星上计算，则确定业务完成时延为上行传输时延、星上计算时延、计算结果下行传输时延之和，其中：
[0098]
上行传输时延为星上计算时延为其中为卫星分配给终端u的计算资源，下行传输时延为端u的计算资源，下行传输时延为为u所在波束分配的工作时隙数占总时隙数的比例，为上行传输速率，为终端u下传速率；其中，n0背景噪声功率谱密度，为终端u到卫星上行信道增益，为卫星到终端u的下行信道增益，包括路损和天线增益；
[0099]
如果计算任务于终端本地计算，则业务完成时延为cu/fu；
[0100]
当计算任务所需数据储存于星上时，若计算任务于星上计算，则业务完成时延为星上计算时延、计算结果下行传输时延之和，其中：
[0101]
星上计算时延为下行传输时延为
[0102]
如果计算任务于终端本地计算，则业务完成时延为下行传输时延与本地计算时延之和，下行传输时延为本地计算时延为cu/fu；
[0103]
终端业务完成时间的计算方法为：
[0104][0105]
终端业务完成能耗的计算方法为：
[0106][0107]
式中，xu∈{0,1}，xu＝1时为星上计算，xu＝0时在终端本地计算，lu∈{0,1}，lu＝1时待计算数据位于星上，lu＝0时待处理数据位于终端本地。eu为本地计算能耗；
[0108]
进行星上计算资源分配时，根据卸载终端列表us，对于列表中各终端分配的计算资源为确定该终端的计算时延为以所有终端业务计算时延的和最小化为目标函数，所有终端分配计算资源的和小于卫星总计算资源为约束条件，通过凸优化方法计算各终端分配的计算资源的值，完成联合分配；
[0109]
卫星输出的下行波束中，对下行波束的时隙、终端带宽进行分配，其中：
[0110]
确定下行波束中能够同时工作的波束数量，于当前调度周期内确定每个波位的驻留时间为计算d
′u为卫星对终端u的待下传数据，将与波束干扰距离小于r的所有还未分配带宽资源的波束设为集合u，确定设用于业务传输的可用带宽为b，终端u任务可以分配使用d
′u＝0时根据计算结果重复计算至所有终端完成分配；
[0111]
卫星接收的上行波束中，对上行波束的时隙、终端带宽进行分配，其中：
[0112]
将与波束干扰距离小于r的所有还未分配带宽资源的波束设为集合u，确定设用于业务传输的可用带宽为b，终端u任务可以分配使用d
″u为终端u的待向卫星传输数据，d
″u＝0时根据计算结果重复计算至所有终端完成分配。
[0113]
各终端发射功率的分配方法为：
[0114]
以优化系统代价s为目标求解最小化问题，以各终端的发射功率预算不能超过其最大发射功率能力为约束，通过拉格朗日乘子法，确定发射功率pu的非线性方程组，并根据各终端分配的计算资源为终端u任务可以分配使用的通过二分法计算各终端对应的发射功率pu，其中：
[0115]
pu为终端u卸载任务时数据发送的发射功率，0＜pu≤pu。任务不卸载时pu＝0。
[0116]
多波束卫星业务计算系统，包括多波束天线单元、多速率数字处理单元、计算单元、管理控制单元、存储单元，其中：
[0117]
多波束天线单元，采用相控阵或反射面形式的多波束天线构成，用于进行信号收发；
[0118]
多速率数字处理单元，根据终端带宽的带宽、发射功率进行通信速率调节；
[0119]
计算单元，根据计算任务进行各终端的加载管理；
[0120]
管理控制单元，用于进行终端管理、资源分配、计算程序加载管理；
[0121]
存储单元，用于存储应用程序及业务数据，新增的应用程序由终端传输并存储；
[0122]
数据交换单元，实现多速率数字处理单元、存储单元、计算单元、管理控制单元之间高速数据交互共享，交互数据包括业务数据、程序数据、控制数据。
[0123]
管理控制单元包括任务解析单元、资源分配和调度单元、计算程序管理单元；
[0124]
任务解析单元，对计算任务进行信息种类、运算能耗和运算时间解析；
[0125]
资源分配和调度单元，根据运算复杂度、运算时间，确定计算方式，将计算任务信息数据发送至计算单元的对应芯片中；
[0126]
计算程序管理单元，用于进行终端控制程序的加载、卸载、运行监控，并进行卫星计算资源的申请及释放。
[0127]
下面根据具体实施例进行进一步说明：
[0128]
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
[0129]
下面结合附图详细描述本技术实施例中的方法步骤。
[0130]
实施例：
[0131]
终端包括数据采集终端、车辆、飞机、船舶、浮标等。终端申请的计算业务包括根据采集的数据快速做出决策，数据分析等。
[0132]
待处理的业务如果是终端产生的，数据存储位置位于终端，例如数据采集终端采集的数，车辆传感器产生的数据。
[0133]
待处理的业务如果是卫星产生的，数据存储位置位于星上，例如具备光学载荷或者具备sar载荷的卫星产生的数据。
[0134]
业务计算程序可以根据需要上传到卫星，卫星存储业务计算程序，并维护业务计算程序列表，业务计算程序基于cpu、fpga或gpu的，业务计算程序可以被加载、卸载和配置。
[0135]
卫星是多波束卫星，通过多波束覆盖不同的区域，由于卫星重量体积能耗的限制，卫星发射功率受限，在多波束大带宽的条件下，下行波束难以都处理工作状态，所以下行采用跳波束技术，例如共19个波束的卫星，下行同时工作的波束可以是10个，通过在不同时隙使不同的波束工作来满足卫星发射功率的限制。
[0136]
终端计算能力设为1g flops，卫星能力设为10g flops，待处理数据量30-130mbit，待处理数据计算量3-13g flops。每波束内终端数量不等。卫星工作于ka频段，上下行可用总带宽均为2ghz。
[0137]
本专利实施过程如下：
[0138]
(1)终端u请求业务为数据计算任务，根据数据存储位置的不同分两种情况：一种为待计算业务数据位于终端本地，一种为待处理业务数据位于卫星接入的卫星，终端需要获取数据处理的结果。终端把自己的任务计算需求信息上报给其所接入的卫星，设任务计算需求信息包括，数据位置lu，用于描述数据位于本地还是星上，待计算数据量bits，执行该计算的程序iu和程序数据量bits，计算后结果数据量bits，该任务所需的浮点运算次数cu，本地计算耗能eu，终端最大数据传输发射功率pu，终端提供的计算资源为fu浮点运算次数/s；ps卫星每波束的下行发射功率。
[0139]
(2)卫星收集一个调度周期t内所有波束接入到自身的终端的计算任务，形成业务申请队列卫星监控可用带宽资源、处理器计算资源，形成可用资源列表{可用带宽资源，可用计算资源}；
[0140]
(3)基于可用资源列表和业务申请列表进行终端业务卸载决策和对资源进行传算资源联合分配，传算资源的联合分配包括，上行无线资源、下行无线资源和计算资源的联合分配，其中上行无线资源包括分配每个终端的带宽和发射功率，下行无线资源包括每个终端的带宽和每个波束的可用时间，以及确定终端任务计算位置的计算卸载策略，具体过程如下：
[0141]
31)计算每一终端单独卸载时的系统代价
[0142]
对于数据在终端本地的业务，如果业务在星上计算，则业务完成时延为上行传输时延、星上计算时延以及计算结果下行传输时延三者的和。上行传输时延为星上计算时延为下行传输时延为其中为u所在波束分配的工作时隙数占总时隙数的比例，为上行传输速率。为终端u下传速率；如果业务在终端本地计算，则业务完成时延为cu/fu。
[0143]
其中，n0背景噪声功率谱密度，为终端u到卫星上行信道增益，为卫星到终端u的下行信道增益，包括路损和天线增益，pu为终端u卸载任务时数据发送的发射功率，0＜pu≤pu。任务不卸载时pu＝0。
[0144]
对于数据在卫星上的业务，如果业务在星上计算，则业务完成时延为星上计算时延、计算结果下行传输时延之和。星上计算时延为下行传输时延为如果业务在终端本地计算，则业务完成时延为下行传输时延与本地计算时延的和，下行传输时延为本地计算时延为cu/fu。
[0145]
终端业务完成时间可以表示为
[0146][0147]
终端业务完成能耗可以表示为
[0148][0149]
其中xu∈{0,1}，xu＝1时为星上计算，xu＝0时在终端本地计算，lu∈{0,1}，lu＝1时待处理数据位于星上，lu＝0时待处理数据位于终端本地。
[0150]
系统代价取α∈[0,1]，α的值根据系统优化目标取0到1之间的小数。若仅优化时延则取α＝1，若仅优化能耗则取α＝0。
[0151]
32)按每一终端单独卸载时的系统代价从小到大对终端进行排序
[0152]
33)卸载终端列表us初始为空，初始系统代价为所有终端均不卸载时的系统代价，按32)中确定的顺序逐一将终端加入卸载终端列表us，卸载终端列表us每新加入一个终端，
重新对卸载终端列表us中的所有终端进行无线资源分配，包括：
[0153]
a)星上计算资源分配
[0154]
设在星上进行任务计算的卸载终端列表为us，对于集合中的每一个终端u分配的计算资源为则终端业务的计算时延为以us中所有终端业务计算时延的和最小化为目标函数，所有终端分配计算资源的和小于卫星总计算资源为约束条件，使用凸优化问题解决方法解决该最小化问题，可计算出为每个终端分配的值。具体的，可以用kkt条件解决该问题。
[0155]
b)下行波束可用时间分配，终端带宽分配
[0156]
下行波束可用时间分配具体为：
[0157]
设下行共有n＝19个波束，最多有k＝10个波束可以同时工作，在调度周期内每个波位b的驻留时间为d
′u为卫星对终端u的待下传数据。
[0158]
发射带宽分配方法具体为：
[0159]
对还没有分配的波束，找出与波束干扰距离小于r＝4个波束的所有还未分配带宽资源的波束，设接入这些未分配带宽资源的波束的终端集合为u，设用于业务传输的可用带宽为b，终端u任务可以分配使用d
′u＝0时重复该过程直到所有终端资源分配完毕。
[0160]d′u为卫星对终端u的待下传数据，如果终端u的计算业务在星上计算则d
′u为计算结果的数据量；如果终端u的计算业务在终端计算而且待计算数据位于星上，则d
′u为待计算数据的数据量，如果终端u的计算业务在终端计算而且待计算数据位于终端，则d
′u＝0。
[0161]
c)上行终端带宽、终端发射功率分配
[0162]
对还没有分配的上行波束，找出与上行波束干扰距离小于r＝4的所有还未分配带宽资源的波束，设接入这些未分配带宽资源的波束的终端集合为u，设用于业务传输的可用带宽为b，终端u任务可以分配使用d
″u为终端u的待向卫星传输数据，d
″u＝0时重复该过程直到所有终端资源分配完毕。
[0163]
以优化系统代价s为目标求解最小化问题，以每个终端的发射功率预算不能超过其最大发射功率能力为约束，通过拉格朗日乘子法，得出关于pu的非线性方程组，结合fu和利用二分法可求出pu的值。
[0164]
d)按重新分配的无线资源分配方案，重新计算系统代价，当系统代价和原先的值相比不再降低时，从卸载终端列表中删除最后加入的终端，该卸载终端列表为最终卸载终端列表，该最终卸载终端列表对应的无线资源分配方案为最终无线资源分配方案。
[0165]
(4)将最终卸载终端列表和最终无线资源分配方案通过控制信道发送给终端；
[0166]
(5)根据最终无线资源分配方案进行资源调度；
[0167]
(6)根据卫星已调度任务占用的资源更新可用资源表，卫星通过下行链路将决策结果和频段、功率分配结果传给终端，终端根据调度结果在规定的频带进行计算数据的传输或者本地计算；
[0168]
(7)完成终端业务后，释放终端占用资源，根据卫星任务状态更新卫星可用资源列表{可用带宽资源，可用计算资源}；
[0169]
(8)在卫星上计算的业务，在得出计算结果后，通过下行分配的传输时间和带宽，将业务计算的结果传输给业务申请终端；
[0170]
(9)一个调度周期结束后进入下一个调度周期。
[0171]
在一种实施方式中，一种传算资源联合调度的多波束卫星业务计算系统，包括：多波束天线单元、多速率数字处理单元、计算单元、管理控制单元和存储单元。
[0172]
(1)多波束天线单元，采用相控阵或者反射面形式的多波束天线，实现通信信号的收发。
[0173]
(2)多速率数字处理单元，基于数字信号处理，实现根据带宽和发射功率可变的通信速率；
[0174]
(3)计算单元，包括，可重构的fpga、cpu、gpu，计算业务程序基于容器，以微服务的形式实现，在卫星存储单元预存编译后的应用程序文件，根据业务请求从存储单元加载。
[0175]
(4)管理控制单元，用于终端管理，资源分配与管理、业务管理、计算程序加载管理等。进一步包括任务解析单元，用于解析所述应用业务信息种类、运算能耗和运算时间；资源分配和调度单元，用于根据所述运算复杂度和运算时间，确定计算处理方式，根据所述计算处理方法，发送所述应用业务信息数据至对应的处理芯片；计算程序管理单元，用于异构处理器程序的加载、卸载、运行过程的监控和计算资源的申请及释放。
[0176]
(5)存储单元，用于存储应用程序以及业务数据，新增的应用程序由终端传输并存储。
[0177]
(6)数据交换单元，实现多速率数字处理单元、存储单元、计算单元、管理控制单元之间高速数据交互共享，交互数据包括业务数据、程序数据、控制数据。
[0178]
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
[0179]
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域技术人员的公知技术。