【项目背景】

随着海洋资源开发（如油气勘探、渔业养殖）与环境监测（水质污染、生态保护）需求的快速增长，传统海上通信网络因依赖卫星与陆基系统，面临通信延迟高（＞500 ms）、带宽受限（＜10 kbps）及设备算力不足等瓶颈，难以满足实时数据处理与多设备协同的需求。为此，本项目提出“博弈智海”边缘计算系统，依托6G空天地海一体化网络架构，以水下机器人（AUV）、无人船（USV）与低轨卫星（LEO）为三层架构，通过NOMA/FDMA混合通信协议优化水下-卫星链路传输效率（带宽利用率提升30%），并基于斯塔克尔伯格博弈与讨价还价博弈模型，实现任务卸载率（0-100%动态调节）与交易价格的全局均衡。系统结合三维坐标定位（误差＜0.5米）与时间/能耗量化模型，构建多层级效用函数（任务效率、能耗代价、收益分配），驱动智能决策，显著降低任务延迟（＜200 ms）与总能耗（25%以上），同时针对海洋监测、事故搜救等场景提供定制化方案。通过MATLAB/Python仿真验证（任务成功率＞95%），该项目为智慧港口、海洋牧场等领域提供低延迟、高可靠、自优化的技术支撑，推动海洋经济可持续发展与生态治理智能化。

【解决方案】

本项目旨在构建一套基于博弈论与边缘计算的智能海上任务调度系统，依托6G空天地海一体化网络架构，实现水下机器人（AUV）、无人船（USV）与低轨卫星（LEO）之间的高效协同与任务动态卸载。

（一）系统架构与核心技术

1）三层协同架构：AUV负责海洋数据采集，USV作为边缘计算节点提供实时处理能力，LEO承担高负载任务与远程云服务支持。

2）通信优化：采用NOMA技术实现AUV与USV间高效数据传输，FDMA协议保障USV与LEO间通信稳定，带宽利用率提升30%。

3）博弈决策模型：引入斯塔克尔伯格博弈动态调整任务卸载比例，结合讨价还价博弈优化价格策略，实现任务效率、能耗与收益的多目标均衡。

4）定位与能耗管理：基于三维坐标定位（误差＜0.5米）与时间/能耗量化模型，构建多层级效用函数，显著降低任务延迟（＜200ms）与总能耗（25%以上）。

（二）系统功能与实现路径

1）实现任务动态卸载、多设备协同作业、实时监测反馈、数据安全与可视化界面。

2）通过MATLAB/Python仿真验证系统性能，任务成功率＞95%，具备高可靠性与自优化能力。

【成效特色】

实现海上边缘计算任务卸载系统的功能：任务动态卸载、能耗优化、通信效率提升、实时监测与反馈、多设备协同作业、数据安全保障、用户界面可视化等。通过高效的博弈论模型和多层次的协同架构，该系统能够实时监测海洋环境数据，动态调整任务卸载策略，确保任务在水下机器人、无人船和低轨卫星之间的高效分配。系统能够根据实时任务需求和资源状况，优化能耗分配，降低任务处理延迟，提升整体运行效率。通信效率的提升使得水下机器人与无人船、无人船与低轨卫星之间的数据传输更加稳定和快速。实时监测与反馈功能能够为海洋监测提供精准的数据支持，帮助用户及时掌握海洋环境变化。多设备协同作业功能实现了水下机器人、无人船和低轨卫星之间的无缝衔接，充分发挥各设备的优势。数据安全保障功能确保了海洋监测数据的完整性和保密性，防止数据泄露和篡改。用户界面可视化功能能够直观展示任务卸载状态、设备能耗、通信效率等关键信息，方便用户实时监控和管理。通过这些功能的实现，该海上边缘计算任务卸载系统将为海洋环境监测提供高效、智能的解决方案，显著提升海洋监测的效率和准确性。

【指导教师简介】

王珍，博士，双师双能型教师，智能与通信工程系副主任，通信工程专业负责人，中国电子学会“国家级专业技术人员继续教育基地”专家库专家，2024年度智能与电子工程学院优秀教师，从事专业课程的理论教学和实践教学工作10年，具有较强的科研能力和丰富的专业教学经验。以第一作者身份发表科研论文8篇，其中，一区IEEE trans期刊1篇，一区top SCI 期刊论文 2 篇（A+级，影响因子：9.6），EI期刊论文1篇（A级）， EI 检索会议论文 3 篇（B级）；C级期刊论文1篇。主持一项省级纵向项目、一项市级纵向项目，参与3项省级纵向项目。主持一项横向项目，重点参与9项横向项目。获得发明专利3项，实用新型专利 2 项，软件著作权1项。作为第一指导老师指导学生完成6项省级大创项目，作为第一指导老师指导学生获得第五届“大唐杯”全国大学生移动通信技术大赛辽宁省赛区本科组”二等奖，指导学生获得“第十一届蓝桥杯全国软件和信息技术专业人才大赛辽宁赛区C/C程序设计大学B组”一等奖，2024年度大学生创新方法大赛省级三等奖。