技术特征：
1.一种基于传算资源联合分配的多波束卫星业务计算方法，其特征在于包括：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；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；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；根据最终无线资源分配方案进行资源调度；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；完成所述数据计算任务后，更新卫星可用资源列表；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。2.根据权利要求1所述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，其特征在于：所述传算资源联合分配具体为：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。3.根据权利要求2所述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，其特征在于：所述卸载策略具体如下：计算各终端单独卸载时的卫星系统代价；对各终端单独卸载时的卫星系统代价进行由小到大排序；建立卸载终端列表u
s
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u
s
，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u
s
的所有终端进行无线资源分配。4.根据权利要求3所述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，其特征在于：重新对卸载终端列表u
s
的所有终端进行无线资源分配的具体步骤包括：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；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u
s
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。5.根据权利要求1所述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，其特征在于：所述计算任务需求信息包括：数据位置l
u
，用于描述数据位置，包括星上数据及终端本地数据；
待计算数据量执行该计算的程序i
u
，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c
u
，本地计算耗能e
u
，终端最大数据传输发射功率p
u
，各终端计算资源为f
u
浮点运算次数/s，p
s
卫星每波束的下行发射功率，其中：本地计算耗能e
u
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}。6.根据权利要求5所述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，其特征在于：计算任务的待传输数据量d
u
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d
u
仅包括待处理数据量7.根据权利要求5所述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，其特征在于：各终端单独卸载时的卫星系统代价s计算方法为：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：式中，t
u
为终端业务完成时间，e
u
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。8.根据权利要求7所述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，其特征在于：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：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：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；如果计算任务于终端本地计算，则业务完成时延为c
u
/f
u
。9.根据权利要求8所述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，其特征在于：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：星上计算时延为下行传输时延为
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c
u
/f
u
。10.根据权利要求9所述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，其特征在于：终端业务完成时间的计算方法为：终端业务完成能耗的计算方法为：式中，x
u
∈{0,1}，x
u
＝1时为星上计算，x
u
＝0时在终端本地计算，l
u
∈{0,1}，l
u
＝1时待计算数据位于星上，l
u
＝0时待处理数据位于终端本地。e
u
为本地计算能耗。11.根据权利要求10所述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，其特征在于：进行星上计算资源分配时，根据卸载终端列表u
s
，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。12.根据权利要求11所述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，其特征在于：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：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。13.根据权利要求11所述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，其特征在于：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：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。14.根据权利要求13所述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，其特征在于：各终端发射功率的分配方法为：
先确定和然后通过二分法解非线性方程组得到p
u
；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p
u
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p
u
，其中：p
u
为终端u卸载任务时数据发送的发射功率，0＜p
u
≤p
u
。任务不卸载时p
u
＝0。15.一种传算资源联合调度的多波束卫星业务计算系统，其特征在于，用于实现权利要求1至14任一所述的多波束卫星业务计算方法，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：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；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；计算单元，根据计算任务进行各终端的加载管理；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；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；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。16.根据权利要求15所述的一种传算资源联合调度的多波束卫星业务计算系统，其特征在于：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；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；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；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。
技术总结
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，卫星收集一个调度周期内的终端的计算任务，基于可用资源列表和业务申请列表对资源进行终端业务卸载的决策和传算资源联合分配，传算资源联合分配包括卫星上行链路的分配和下行链路的分配，可以合理地分配卫星网络计算资源和带宽资源，缩短终端计算业务完成时间并能节省卫星终端能耗。务完成时间并能节省卫星终端能耗。务完成时间并能节省卫星终端能耗。
技术研发人员：方海 杨旭 贾洋洋 王显煜 赵扬 高媛 陈显舟
受保护的技术使用者：西安空间无线电技术研究所
技术研发日：2022.07.26
技术公布日：2022/11/25