一种多策略池的星地网络快速调度与资源分配方法和装置

本发明涉及通信的，尤其是涉及一种多策略池的星地网络快速调度与资源分配方法和装置。

背景技术：

1、随着诸如虚拟现实、增强现实等新兴业务的兴起，云计算是一个热门的方法，远端云数据中心（也即，云平台）具有强大的计算与缓存能力，可以为一些大带宽非紧急业务提供服务支持。因此，许多研究考虑卫星节点辅助的云计算方法，将卫星边缘网络作为中继单位连接用户终端与远端云中心。但这种方式可能会对带宽大量占用，因此我们可以考虑在卫星边缘节点配备小型的边缘服务器，将计算能力下沉到卫星节点，为地面用户提供处理任务请求的能力，从而减少用户响应时间。考虑到卫星在现实中的轻量化需求，星上计算资源是有限的，因此我们可以令卫星节点作为中继节点对地面用户与云平台的连接，基于多级协同协作，为任务灵活调度提供一种新的方案。

2、面向星地融合网络异构资源，为避免部分节点负载过大，保证网络的可靠性，在业务灵活调度的同时，对资源进行合理分配利用也是至关重要的。星地融合网络中用户-卫星-云平台的端-边-云三层任务调度架构具有高动态，时空尺度大等特点，当网络规模变大，用户的动作空间或将面临维度爆炸问题，会导致现有的一些基于用户博弈的任务调度与资源分配算法的收敛速度变慢，也即，无法保证处理时效。因此，现有基于用户博弈的任务调度与资源分配算法并不适用于解决星地融合网络中的任务调度与资源分配问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种多策略池的星地网络快速调度与资源分配方法和装置，以为星地融合网络中用户-卫星-云平台架构下的任务调度与资源分配提供了一种高效解决方案。

2、第一方面，本发明提供一种多策略池的星地网络快速调度与资源分配方法，包括：获取星地融合网络中目标用户终端的策略池；其中，所述目标用户终端表示所述星地融合网络中的任一用户终端；所述策略池是任务执行总时延小于所述目标用户终端生成的待执行任务的时延容忍阈值的任务调度策略的集合；基于所有用户终端的当前任务调度策略，确定所述星地融合网络中所有卫星当前的资源分配策略和所述目标用户终端当前的效用函数值；其中，所述效用函数值与所述任务执行总时延负相关；计算所述目标用户终端选择所述策略池中的指定任务调度策略时，所有卫星更新后的资源分配策略和所述目标用户终端更新后的效用函数值；其中，所述指定任务调度策略异于所述当前任务调度策略；在确定所述更新后的效用函数值大于所述当前的效用函数值的情况下，调整所述目标用户终端的当前任务调度策略为所述指定任务调度策略；否则，维持所述目标用户终端的当前任务调度策略；在确定所有用户终端完成预设轮次的策略间效用函数值比较之后，将所述目标用户终端的当前任务调度策略作为目标任务调度策略，以及，将所有卫星当前的资源分配策略作为目标资源分配策略；其中，一个轮次内，每个用户终端进行一次策略间效用函数值比较。

3、在可选的实施方式中，获取星地融合网络中目标用户终端的策略池，包括：获取星地融合网络中目标用户终端的策略空间；其中，所述策略空间表示所有可选的任务调度策略的集合；计算所述策略空间中每种任务调度策略的任务执行总时延；基于所述待执行任务的时延容忍阈值和每种任务调度策略的任务执行总时延，从所述策略空间中确定所述目标用户终端的策略池。

4、在可选的实施方式中，在所述任务调度策略为本地执行模式的情况下，计算所述策略空间中每种任务调度策略的任务执行总时延，包括：获取所述待执行任务所需要的cpu周期数和所述目标用户终端的终端设备的cpu时钟周期；基于所述cpu周期数和所述cpu时钟周期，计算所述目标用户终端在本地执行所述待执行任务的第一处理时延；将所述第一处理时延作为所述任务调度策略的任务执行总时延。

5、在可选的实施方式中，在所述任务调度策略为卫星处理模式的情况下，计算所述策略空间中每种任务调度策略的任务执行总时延，包括：获取所述待执行任务的数据量、所述待执行任务所需要的cpu周期数、所述目标用户终端到第一目标卫星的第一数据传输速率和所述待执行任务在所述第一目标卫星处分配到的第一计算频率；其中，所述第一目标卫星表示用于执行所述待执行任务的卫星；基于所述数据量和所述第一数据传输速率，计算所述目标用户终端到所述第一目标卫星的第一数据传输时延；基于所述cpu周期数和所述第一计算频率，计算所述第一目标卫星执行所述待执行任务的第二处理时延；基于所述第一数据传输时延和所述第二处理时延，确定所述任务调度策略的任务执行总时延。

6、在可选的实施方式中，在所述任务调度策略为云平台处理模式的情况下，计算所述策略空间中每种任务调度策略的任务执行总时延，包括：获取所述待执行任务的数据量、所述待执行任务所需要的cpu周期数、所述目标用户终端到第二目标卫星的第二数据传输速率、所述第二目标卫星到云平台的第三数据传输速率和所述待执行任务在所述云平台处分配到的第二计算频率；其中，所述第二目标卫星表示用于中继所述待执行任务至所述云平台的卫星；基于所述数据量和所述第二数据传输速率，计算所述目标用户终端到所述第二目标卫星的第二数据传输时延；基于所述数据量和所述第三数据传输速率，计算所述第二目标卫星到所述云平台的第三数据传输时延；基于所述cpu周期数和所述第二计算频率，计算所述云平台执行所述待执行任务的第三处理时延；基于所述第二数据传输时延、所述第三数据传输时延和所述第三处理时延，确定所述任务调度策略的任务执行总时延。

7、在可选的实施方式中，基于所有用户终端的当前任务调度策略，确定所述星地融合网络中所有卫星当前的资源分配策略和所述目标用户终端当前的效用函数值，包括：以任务执行总时延最小为目标，构建所述星地融合网络中卫星资源分配策略的拉格朗日函数；利用拉格朗日乘子法求解所述拉格朗日函数，得到每颗卫星的最优资源分配模型；基于所有用户终端的当前任务调度策略，确定所述星地融合网络中指定卫星的指定用户终端的集合；其中，所述指定卫星表示所述星地融合网络中的任一卫星；所述指定用户终端表示将待执行任务卸载至所述指定卫星的用户终端；获取所述指定卫星的最大周期频率和每个指定用户终端生成的待执行任务所需要的cpu周期数；将所述指定用户终端的集合、所述指定卫星的最大周期频率和所述cpu周期数带入所述最优资源分配模型，得到所述指定卫星当前的资源分配策略；计算在所有卫星当前的资源分配策略下，所述目标用户终端生成的待执行任务的任务执行总时延；基于所述待执行任务的任务执行总时延确定所述目标用户终端当前的效用函数值。

8、在可选的实施方式中，所述目标用户终端当前的效用函数值表示为：；其中，表示所述目标用户终端的当前任务调度策略，表示所述星地融合网络中其他用户终端的当前任务调度策略，表示任务是否卸载至卫星的指示标识，表示任务是否卸载至云平台的指示标识，表示当前任务调度策略为本地执行模式时的任务执行总时延，表示当前任务调度策略为卫星处理模式时的任务执行总时延，表示当前任务调度策略为云平台处理模式时的任务执行总时延。

9、第二方面，本发明提供一种多策略池的星地网络快速调度与资源分配装置，包括：获取模块，用于获取星地融合网络中目标用户终端的策略池；其中，所述目标用户终端表示所述星地融合网络中的任一用户终端；所述策略池是任务执行总时延小于所述目标用户终端生成的待执行任务的时延容忍阈值的任务调度策略的集合；第一确定模块，用于基于所有用户终端的当前任务调度策略，确定所述星地融合网络中所有卫星当前的资源分配策略和所述目标用户终端当前的效用函数值；其中，所述效用函数值与所述任务执行总时延负相关；计算模块，用于计算所述目标用户终端选择所述策略池中的指定任务调度策略时，所有卫星更新后的资源分配策略和所述目标用户终端更新后的效用函数值；其中，所述指定任务调度策略异于所述当前任务调度策略；调整模块，用于在确定所述更新后的效用函数值大于所述当前的效用函数值的情况下，调整所述目标用户终端的当前任务调度策略为所述指定任务调度策略；否则，维持所述目标用户终端的当前任务调度策略；第二确定模块，用于在确定所有用户终端完成预设轮次的策略间效用函数值比较之后，将所述目标用户终端的当前任务调度策略作为目标任务调度策略，以及，将所有卫星当前的资源分配策略作为目标资源分配策略；其中，一个轮次内，每个用户终端进行一次策略间效用函数值比较。

10、第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现前述实施方式中任一项所述的多策略池的星地网络快速调度与资源分配方法的步骤。

11、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现前述实施方式中任一项所述的多策略池的星地网络快速调度与资源分配方法。

12、本发明提供了一种多策略池的星地网络快速调度与资源分配方法，该方法采用分布式决策架构，有效适用于大规模网络，通过预先构建每个用户终端的策略池，然后基于策略池执行分布式任务调度算法，可以减小决策空间，加快收敛进程；并且本发明将任务调度与资源分配解耦，以将混合约束条件下的多变量优化问题分解为两个子问题进行求解，有效地降低了动作的复杂性，从而为星地融合网络中用户-卫星-云平台架构下的任务调度与资源分配提供了一种高效解决方案。