1.3.2　卫星边缘计算

随着物联网时代的到来，未来世界各地的大小型设备都将需要连接。然而，地面网络所覆盖的陆地面积有限。此外，地面网络容易受到洪水、地震等自然灾害的影响。低地球轨道（Low Earth Orbit，LEO）卫星星座可以提供全球级网络覆盖，被认为是地面网络和未来5G/6G通信的有力补充，同时也是解决上述难题的关键。

相比其他形式的卫星通信，LEO卫星星座具有低时延、高带宽、全球覆盖和应急通信等特性，可满足现代通信和互联网的多样化需求，特别是在战地、灾区、海上等移动通信基础设施难以提供服务的特殊场景，LEO卫星星座具有天然的优势。但是传统的LEO卫星星座计算能力弱，且没有统一的服务框架和服务接口，无法直接提供计算服务。常见的卫星系统的任务执行流程为：地面终端向卫星发送命令，卫星将原始数据或者请求转发到地面数据中心，然后在地面对数据进行处理和计算，最后将处理和计算结果通过卫星传回地面终端。其中，卫星主要起“中继转发”作用。

卫星边缘计算将边缘服务器部署到卫星网络上，在没有地面网络或者地面网络条件较差时，地面用户可以直接使用卫星边缘服务器进行任务处理。这种卫星边缘计算方案可以减少数据传输量，提高卫星网络的效率和用户获得的服务质量。卫星边缘计算的经典任务执行流程为：地面用户实时上传任务请求，这些任务可能是来自地面的紧急通信请求、分析卫星采集的遥感图像等；当卫星接收到这些请求后，它会考虑在轨道上处理这些任务，而不是将任务全部发送回地面的云数据中心；卫星所携带的边缘服务器可以在轨道上自主执行资源分配和任务调度等工作，它会考虑星座中每颗卫星的资源使用情况，并制定合适的在轨卸载策略[4]。

卫星边缘计算的优势，一方面是其能在轨处理计算任务，地面终端发出的计算任务可以在卫星边缘节点上得到及时处理与计算，而不是完全依赖地面的云数据中心，这种处理模式能够大大缓解地面云数据中心的计算压力，同时降低服务响应时延、节省卫星链路的带宽资源。另一方面，卫星边缘计算中卫星覆盖范围广，可以满足那些地面网络无法提供服务的偏远地区（如海洋、高地等）的计算和通信需求。同时，在面临地震、洪水等自然灾害时，卫星边缘计算也能提供即时的通信和计算支持，协助救援工作、数据收集和危机管理。

但是，卫星边缘计算因其特殊性也存在一定的局限。

1）卫星资源受限。受卫星设备本身所能携带的计算资源和其能源获取方式的限制，卫星边缘节点能提供的通信和计算资源有限。

2）卫星网络具有移动性。卫星边缘节点一直处于高速周期性运动的状态，所以地面设备和卫星的连接状态动态变化，容易受到链路切换的影响。

3）需要有效的负载均衡策略。因为卫星网络服务区域不同，卫星之间的任务负荷存在差异，所以需要通过服务放置/任务卸载、内容缓存/请求调度等决策来实现各节点的负载均衡。