Computation Offloading in LEO Satellite Networks With Hybrid Cloud and Edge Computing

计算机科学 计算卸载 云计算 分布式计算 计算 能源消耗 移动边缘计算 GSM演进的增强数据速率 计算复杂性理论 卫星 边缘计算 数学优化 算法 电信 生物 工程类 生态学 操作系统 数学 航空航天工程
作者
Qingqing Tang,Zesong Fei,Bin Li,Zhu Han
出处
期刊:IEEE Internet of Things Journal [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:8 (11): 9164-9176 被引量:351
标识
DOI:10.1109/jiot.2021.3056569
摘要

Low earth orbit (LEO) satellite networks can break through geographical restrictions and achieve global wireless coverage, which is an indispensable choice for future mobile communication systems. In this article, we present a hybrid cloud and edge computing LEO satellite (CECLS) network with a three-tier computation architecture, which can provide ground users with heterogeneous computation resources and enable ground users to obtain computation services around the world. With the CECLS architecture, we investigate the computation offloading decisions to minimize the sum energy consumption of ground users, while satisfying the constraints in terms of the coverage time and the computation capability of each LEO satellite. The considered problem leads to a discrete and nonconvex since the objective function and constraints contain binary variables, which makes it difficult to solve. To address this challenging problem, we convert the original nonconvex problem into a linear programming problem by using the binary variables relaxation method. Then, we propose a distributed algorithm by leveraging the alternating direction method of multipliers (ADMMs) to approximate the optimal solution with low computational complexity. Simulation results show that the proposed algorithm can effectively reduce the total energy consumption of ground users.
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