可靠性感知的卫星边缘计算：从延迟建模到系统设计

《IEEE Open Journal of the Communications Society》：Reliability-Aware Satellite Edge Computing: From Latency Modeling to System Design

　　

摘要：

本文分析了协作式分布式卫星边缘计算系统中的往返（RT）延迟分布，并利用该分布支持可靠性感知的系统设计。在所考虑的架构中，服务卫星要么在本地处理任务，要么通过多跳星间链路（ISL）与具备处理能力的卫星协作。由此产生的 RT 延迟由接入链路可靠性、星间转发和分布式星上处理共同决定。提出的模型考虑了有限块长（FBL）上行链路（UL）重传、随机的本地和远程处理时间、不对称的前向和返回 ISL 延迟，以及取决于输入数据可用位置的卸载决策。通过结合这些组件，所开发的框架可用于计算 RT 延迟满足目标截止时间的概率。这使得能够确定所需的星上处理能力、以总 ISL 跳数衡量的最大可行卸载范围，以及在概率延迟约束下本地执行与卸载执行之间的能量感知平衡。结果表明，在 99% 的延迟可靠性要求下，对于总跳数在二到十之间的 ISL 路由，与本地执行相比，卸载到功能更强的远程处理器可将所需的工作频率降低多达 25%，而在本地和远程处理器相同的情况下，由于额外的 ISL 转发延迟，所需频率会增加多达 33%。