一种用于天基低轨卫星网络边缘计算的GA-DDPG卸载算法

摘要

低轨卫星网络是第六代移动通信系统（6G）网络的重要组成部分，弥补了地面基站覆盖的盲区.由于星上计算能力和电池容量受限，导致任务出现时延长和能耗高的问题，因此在低轨卫星网络中引入边缘计算，边缘计算的一项关键技术就是计算卸载.针对计算卸载过程中星间环境动态变化和高维动作空间的问题，提出一种基于遗传算法（GA）和深度确定性策略梯度（DDPG）的天基低轨卫星网络边缘计算卸载算法——GA-DDPG算法.卫星边缘计算环境的不断变化会导致DDPG奖励稀疏和探索性不足，将GA引入到DDPG算法中，首先，利用GA的选择算子使DDPG算法能够适应不断变化的卫星环境；然后，针对动作空间维度变大导致DDPG算法收敛不稳定的问题，利用GA种群的多样化探索和种群的冗余提升DDPG算法收敛的稳定性.仿真结果表明，GA-DDPG卸载算法能够降低天基低轨卫星网络计算负载，且时延和能耗均低于DDPG卸载算法和GA卸载算法.与DDPG卸载算法相比，GA-DDPG卸载算法还能提升收敛速度和稳定性.

关键词

低轨卫星边缘计算 / 任务卸载 / 遗传算法 / 深度强化学习 / 星间链路

基金资助

国家自然科学基金资助项目（61701020）