[发明专利]空天信息网络中基于双拍卖博弈的资源分配方法

说明书

本发明公开一种空天信息网络中基于双拍卖博弈的资源分配方法，其特征在于，包括设计了一个基于高空平台(High Altitude Platform，HAP)的低轨卫星系统和一种基于双拍卖博弈的EWA算法机制，其中低轨卫星系统可以直接访问相邻高空平台的计算资源，计算资源是由低轨卫星从高空平台那里购买的，由此建立了一个资源交易市场，而基于EWA算法，买卖双方能够通过与环境互动来动态调整其出价和要价策略。本发明引入了高空平台来卸载低轨卫星的计算任务，以减少传输延迟。基于双拍卖机制计算了近轨道卫星与高空平台之间的资源分配问题。然后，设计了一种基于经验权重吸引(EWA)的纳什均衡搜索算法，该算法结合了强化学习和信念学习的优势，在每个参与者上执行。

技术领域

本发明涉及技术领域，尤其涉及一种空天信息网络中基于双拍卖博弈的资源分配方法。

背景技术

近年来，卫星通信技术已逐渐改变了我们的生活，成为了一种不可或缺的重要通信技术。卫星通信拥有诸多优点，如通信距离长、不受地理条件限制、系统可靠性高、覆盖范围广等。与高轨道地球(Geostationary Orbit Earth，GEO)卫星和中轨道地球(MediumOrbit Earth，MEO)卫星相比，低轨道地球(Low Orbit Earth，LEO)卫星距离地面较近，通信延迟较短，数据传输速率较高，移动终端的重量和体积与个人移动设备几乎相同，更适合推广。

然而，卫星通信也有其缺点，由于计算能力的限制和能量的不足，卫星不得不将数据卸载到地面站进行进一步的处理。远程传输对许多实时业务有很大的影响。因此，有效的卸载机制受到了学术界和业界的广泛关注。

在此背景下，引入了高空平台(High Altitude Platform,HAP)来卸载低轨卫星的计算任务。高度在17-30km的高空平台作为中继站可以在低轨卫星系统和地面站之间传递资源。引入高空平台可以减少传输延迟，有效避免了对流层的干扰。同时，高空平台具有较强的计算能力，可帮助处理卫星卸载的计算资源。随着高空平台的增加，可以在实时遥感事件中获得更低的传输延迟和更低的成本。尽管如此，低轨卫星和高空平台仍然是单独的、自我管理的个体。改进低轨卫星与高空平台之间的资源分配机制仍然是一个紧迫的问题。

发明内容

本发明为了解决目前由于低轨卫星计算能力限制和能量不足，不得不将数据卸载到地面站进行进一步的处理的技术问题，本发明在低轨卫星系统中引入高空平台，设计了一种空天信息网络中基于双拍卖博弈的资源分配方法。

一种空天信息网络中基于双拍卖博弈的资源分配方法，包括设计了一个基于高空平台(High Altitude Platform，HAP)的低轨卫星系统和一种基于双拍卖博弈的EWA算法机制，其中低轨卫星系统可以直接访问相邻高空平台的计算资源，计算资源是由低轨卫星从高空平台那里购买的，由此建立了一个资源交易市场，而基于EWA算法，买卖双方能够通过与环境互动来动态调整其出价和要价策略。

优选地，所述低轨卫星系统中采用M/M/1排队模型来量化低轨卫星任务的紧急程度，使用λ_i表示LEO_i的任务到达率，而HAP_j的服务率将表示为μ_j，另外，由于高空平台和低轨卫星之间的距离短，所以主要服务等待时间可以归于处理延迟，任务的总延迟可以表示为：

等于等待时间加上服务时间；然后，可以计算出平均等待时间为：

根据公式L_q＝λ_iT_w，队列的平均长度可以表示为：

每个低轨卫星都有不同的业务需求，较高的λ表示任务的到达频率较高，而较小的μ表示任务需要大量的计算，特别地，当L_q很大时，意味着低轨卫星非常紧急地访问额外的计算资源。