[发明专利]一种基于资源互换的空间信息网络任务规划方法

说明书

本发明公开了一种基于资源互换的空间信息网络任务规划方法，包括以下步骤：1)初始化空间信息网络的基本参数；2)将规划周期划分为K个等长时隙，其中，各时隙的长度为τ，构造空间信息网络资源时变图G_K(V,A)；3)对各任务om_i∈OM的可行资源组合空间进行采样，将独立性大于等于n的资源组合集合P_i作为备选资源集合；4)计算各资源组合之间的冲突关系，并构造资源组合冲突图RCG(P_C,E_C)；5)求解资源组合冲突图中的最大独立集，得全局规划结果；6)对全局规划结果的邻域进行搜索，再通过资源互换的方式完成任务规划方案的局部调整，完成基于资源互换特性的任务规划，该方法能够在提高任务完成率的同时降低任务规划的计算复杂度。

技术领域

本发明属于空间信息技术领域，涉及一种基于资源互换的空间信息网络任务规划方法。

背景技术

空间信息网络是以卫星等空间平台为载体，可实时获取、传输和处理空间信息的网络系统，由于其具有覆盖面广、组网灵活、不受地理环境限制等显著优点，近年来在军事、民用领域发挥着重要的作用。但由于空间信息网络任务与资源的种类繁多，并且其在空间信息网络中的时空分布具有动态随机和非均匀特性，使得网络局部时段、空间内某种资源短缺的现象时有发生，从而导致网络中部分任务不能得到及时的处理，大大限制了空间信息网络的性能。面对不断增长的任务需求，如何合理地调度有限资源来及时解决大量的任务需求更得尤为重要。

通过利用空间信息网络资源移动特性等固有性质以及软件无线定义载荷等新兴技术，可以实现闲置资源对稀缺资源替换或者转化，从而为提高资源利用效率、保障任务有效完成提供了条件。现阶段已有部分工作对资源互换、资源聚合等空间信息网络资源移动性机理展开研究，并基于空间信息网络资源互换的特性，提出网络资源的管理方法。

然而，现有方法也存在一定不足之处：首先，这些方法仅仅定性的利用了空间信息网络资源互换特性，没有定量给出资源组合互换的条件；其次，网络资源以及任务需求的非连续性导致空间信息网络任务规划是一个复杂的组合优化问题，虽然资源互换大大增加资源组合与任务匹配的自由度，但另一面也大大增加了可行解空间的范围，从而显著增加了获得最优解的计算复杂度。而现有工作大多考虑卫星数目、资源种类有限简单场景，或者设计启发式算法将原组合优化问题，从时间或者任务执行阶段的维度将原问题拆分为多个子问题求解，而忽略资源之间的关联性。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于资源互换的空间信息网络任务规划方法，该方法能够在提高任务完成率的同时降低任务规划的计算复杂度。

为达到上述目的，本发明所述的基于资源互换的空间信息网络任务规划方法包括以下步骤：

1)初始化空间信息网络的基本参数；

2)将规划周期划分为K个等长时隙，其中，各时隙的长度为τ，构造空间信息网络资源时变图G_K(V,A)，其中，V和A分别代表图中的顶点集合和资源弧的集合；

3)对各任务om_i∈OM的可行资源组合空间进行采样，将独立性大于等于n的资源组合集合P_i作为备选资源集合；

4)计算各资源组合之间的冲突关系，并构造资源组合冲突图RCG(P_C,E_C)，P_C及E_C分别表示资源组合冲突图的顶点与边集合；

5)求解资源组合冲突图中的最大独立集，完成基于备选资源组合的大尺度全局任务规划，得到全局规划结果；

6)对全局规划结果的邻域进行搜索，再通过资源互换的方式完成任务规划方案的局部调整，完成基于资源互换特性的任务规划。