Collaborative Task Offloading Optimization for Satellite Mobile Edge Computing Using Multi-Agent Deep Reinforcement Learning

强化学习 计算机科学 移动边缘计算 任务(项目管理) 卫星 GSM演进的增强数据速率 边缘计算 分布式计算 人工智能 工程类 系统工程 航空航天工程
作者
Hangyu Zhang,Hongbo Zhao,Rongke Liu,Aryan Kaushik,Xiangqiang Gao,Shenzhan Xu
出处
期刊:IEEE Transactions on Vehicular Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:73 (10): 15483-15498 被引量:51
标识
DOI:10.1109/tvt.2024.3405642
摘要

Satellite mobile edge computing (SMEC) achieves efficient processing for space missions by deploying computing servers on low Earth orbit (LEO) satellites, which supplements a strong computing service for future satellite-terrestrial integrated networks. However, considering the spatio-temporal constraints on large-scale LEO networks, inter-satellite cooperative computing is still challenging. In this paper, a multi-agent collaborative task offloading scheme for distributed SMEC is proposed. Facing the time-varying available satellites and service requirements, each autonomous satellite agent dynamically adjusts offloading decisions and resource allocations based on local observations. Furthermore, for evaluating the behavioral contribution of an agent to task completion, we adopt a deep reinforcement learning algorithm based on counterfactual multi-agent policy gradients (COMA) to optimize the strategy, which enables energy-efficient decisions satisfying the time and resource restrictions of SMEC. An actor-critic (AC) framework is effectively exploited to separately implement centralized training and distributed execution (CTDE) of the algorithm. We also redesign the actor structure by introducing an attention-based bidirectional long short-term memory network (Atten-BiLSTM) to explore the temporal characteristics of LEO networks. The simulation results show that the proposed scheme can effectively enable satellite autonomous collaborative computing in the distributed SMEC environment, and outperforms the benchmark algorithms.
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