[发明专利]基于数据驱动的星间链路调度方法及系统

权利要求书

1.一种基于数据驱动的星间链路调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取参与调度的任务集与卫星集；

步骤2：将连续时间段进行离散化处理，得到离散后的每个时间片上的卫星状态即境内星还是境外星，将每个时间片上的卫星视为节点；

步骤3：在每个时间片上增加一个终点卫星节点和一个虚拟层中间节点，将卫星上产生的数据看作商品，根据每个时间片上的卫星状态构建时变网络多商品流模型；

步骤4：对所述时变网络多商品流模型进行求解得到星间链路调度方案并输出。

2.根据权利要求1所述的星间链路调度方法，其特征在于，所述时变网络多商品流模型为：

目标函数:

目标函数表示使所有商品的总延迟最小化；S＝{s₁,…,s_|S|}是时变网络内的卫星集合，|S|表示时变网络内卫星集合中卫星的数量；i、i'表示第i、i'个卫星s_i、s_i'；

sd＝{s₁,…,s_|sd|}是卫星集合中的境内星集合，|sd|表示卫星集合中境内星的数量；

sf＝{s_|sd|+1,…,s_|S|}是卫星集合中的境外星集合；

s_|S|+1是地面站，为增加的终点卫星节点，s_|S|+2是虚拟星，为增加的虚拟层中间节点；

TS＝|ts₁,…,ts_|TS|}是一个超帧中时变网络内的时隙集合，|TS|表示时隙数量，共有|TS|+1个时间片；

T＝{t₁,…,t_|TS|+1}是时变网络多商品流模型的层数，其中t₁表示卫星的初始状态层；

t_|TS|+2和t_|TS|+3分别是虚拟层I和虚拟层Ⅱ，其中在t_|TS|+2层中所有卫星仅与虚拟星可见，在t_|TS|+3层中仅虚拟星和终点可见；n'_ij表示时变网络多商品流模型上第j层的第i个卫星节点，n'_i'j'表示时变网络多商品流模型上第j'层的第i'个卫星节点；R表示卫星从产生数据到传输至境内星所需的最大建链跳数；

C＝{c₁,…，c_l,…，c_|C|}是时变网络多商品流模型中商品集合，|C|＝(|S|-|sd|)*(|TS|),表示商品的总数量；

c_l，l＝(m+(|S|-|sd|)(n-1))，表示第(m+(|S|-|sd|)(n-1))个商品，所述商品为境外卫星上产生的数据；商品序号从时变网络多商品流模型的第一层开始进行编号，其中m＝1,…,|S|-|sd|，n＝1,…,(|TS|+1)，

n'_k(|TS|+1)表示第|TS|+1层上的第k个卫星节点；

n'_{(|S|+2)(|TS|+2)}表述第|TS|+2层上的第|S|+2个卫星节点；

约束条件1：

约束条件1表示每个境外星节点仅能建链一次；

n'_ij,n'_i'j'代表第j层的第i个卫星节点与第j'层的第i'个卫星节点相连的边；

约束条件2：

约束条件2表示两个节点所建立的链路是双向的，

约束条件3：

约束条件3表示境内星节点到地面站终点的链路是固定的，同时虚拟层的虚拟节点到终点的链路也是固定的；

约束条件4：

约束条件4表示第一层网络首时隙中境外星节点的数据传输时延≤R；

约束条件4表示卫星从产生数据到传输至境内星所需建链的次数小于最大建链次数；

本发明将卫星与卫星之间的数据传输时间视为定值，即每个时隙间卫星建链进行数据传输所产生的时延为定值；因此，数据传输时延可由卫星从产生数据到传输至境内星所需建链的次数表示，即约束条件4不等式左边所示内容；

约束条件5：

约束条件5表示节点之间可见才能建链，同时建链才能数据传输；

V＝[vn'₁₁,n'₁₁,…,vn'_{(|S+2)(|TS+3)},n'_{(|S+2)(|TS|+3})]为星间可见性矩阵，vn'_ij,n'_i'j'表示卫星节点n'_ij和n'_i'j'是否可见，若可见则v＜n'_ij,n'_i'j'等于1，否则为0；

约束条件6：

约束条件6是网络中的流守恒约束，表示的是仅有境外星节点能产生数据，并被视为起始节点；其中n'_(|s|+2j'表示第j'层的第|s|+2节点，也就是第j'层上的虚拟星节点；

约束条件7：

约束条件7是网络中的流守恒约束，表示的是除产生数据的节点和地面站节点外，其他节点均为中间节点；

约束条件8：

约束条件8是网络中的流守恒约束，表示的是所有地面站终端只能接受数据，并被视为终端节点。