学位论文简介
低轨卫星边缘微云（Low Earth Orbit，LEO）的构建可实现对自然灾害受灾区、无人区、战区等地面固定区域范围用户提供快速响应和连续计算服务。然而，卫星资源有限、星间拓扑高动态变化、激光通信链路受限、负载不均衡和能源过度使用等问题，使LEO边缘微云的构建面临严峻挑战。为解决这些问题，本文从LEO边缘微云的计算架构、网络、资源与服务四个方面展开系统性研究，取得了以下主要创新性研究成果：
为了解决低轨卫星星座构建LEO边缘微云时缺乏自组织和自可控计算架构的问题，提出了一种多层自适应控制的LEO边缘微云计算架构，支持在卫星星座基础上构建LEO边缘微云，并保持了LEO边缘微云的高效计算。
针对LEO边缘微云网络在星间拓扑高动态变化下，为保持稳定性而将额外增加传输成本的问题，提出了LEO边缘微云的动态拓扑与移动性管理方法，该方法保证网络连通度大于预设阈值并最小化网络传输成本。同时在卫星移动时，维持三角形拓扑和相应角色控制结构。
面向LEO边缘微云负载不均衡和能量极其不稳定的挑战，提出了一种LEO边缘微云的迁移计算与资源管理方法。该方法在簇内获得了比纳什均衡更优的粗相关均衡，从而有效平衡了计算迁移与能量管理之间的矛盾。
为解决LEO边缘微云卫星资源受限，无法实现连续计算而提高高效服务问题，本文提出了LEO边缘微云服务机制及优化方法。能够在严格理论保证下求解最优卫星组合和子图像分配方案，同时确保次优解与最优解的差距在有限范围内。
基于Kubernetes资源管理系统搭建了LEO边缘微云计算仿真验证平台，验证了LEO边缘微云在网络、资源使用情况和服务能耗。
主要学术成果
Y Qiao, J Luo, F Li, L Yin, P Sun, An Online Resource Management for Obscured Sensors in Agriculture using UAV[J]. ACM Transactions on Sensor Networks, Just Accepted (March 2023). (CCF B,第一作者)
Y Qiao, J Luo, S Teng, An On-orbit Data Balancing Online Algorithm for LEO Satellite Cluster: A Repeated Stochastic Game Approach[C]. International Computing and Combinatorics Conference, Shanghai, Just Accepted. (CCF B, 第一作者)
Y Qiao, S Teng, J Luo, P Sun, F Li, F Tang, On-orbit DNN Distributed Inference for Remote Sensing Images in Satellite Internet of Things[J]. IEEE Internet of Things Journal, Just Accepted. (中科院1区，第一作者)
G Zeng, J Luo, Y Zhang, Y Qiao, S Teng, A Framework for QoS of Integration Testing in Satellite Edge Clouds[C], IEEE International Conference on Web Services, Shenzhen, Just Accepted. (CCF B)
