[发明专利]基于对地观测任务的小卫星网络高效资源调度方法

摘要

本发明公开了一种基于对地观测任务的小卫星网络高效资源调度方法，解决了资源受限的小卫星网络对地观测场景中由于调度过程未充分考虑网络资源，导致端到端吞吐量低、网络资源利用效率低的问题。实现过程为：依网络初始拓扑确立节点编号，同时初始化网络资源调度规划时间集；地面控制中心根据当前网络状态和资源调度冲突约束构造链路调度冲突图，求解该冲突图对应的最大独立集，获得网络无冲突调度链路集合；利用该链路集合，采用线性规划求解最优化网络效益的资源分配方案与数据传输方式，直至截止时隙。本发明提升了资源利用率，提高了重要任务数据回传效率，改善了小卫星对地观测网络性能，用于对地观测系统数据高效传输的资源调度。

主权项

1.一种基于对地观测任务的小卫星网络高效资源调度方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)初始化网络参数，地面控制中心根据网络中的卫星节点、地面站节点和任务观测点当前所处的经纬度分别对网络中卫星节点、地面站节点和任务观测点进行编号；(2)时隙划分，给定网络资源调度规划的时间集Γ＝{0,1,2,...i...T}，其中0为第0个时隙，即初始时隙，i表示第i个时隙，每个时隙是等长的，Δt即为时隙长度，初始化当前时隙t＝0；(3)拓扑结构的获取，在当前时隙t，地面控制中心获得所有卫星节点的电池状态以及当前时刻的任务需求，同时获得该时隙和下一个时隙网络的拓扑结构G(E(t),V(t))和G(E(t+1),V(t+1))，其中，E(t)和V(t)分别为时隙t内的链路集合和节点集合，且网络的拓扑在每个时隙内保持恒定；(4)根据时隙t的拓扑结构G(E(t),V(t))以及卫星的能量状态，计算星地链路集合Esg(t)中的链路的价值；(5)获得无冲突调度的星地链路集合，构造时隙t的星地链路调度冲突图CGg(Eg(t),Vg(t))，其中冲突图中的节点对应链路集合中的链路，其节点价值等于对应链路集合中的链路价值，进而求解该冲突图对应的具有最大节点价值的独立集，获得无冲突调度的星地链路集合Encsg(t)；(5a)构造星地链路冲突图中的节点集合：将星地链路集合Esg(t)对应到冲突图中的节点集合；(5b)构造星地链路冲突图中的边集合：判断星地链路集合中某两条链路是否存在冲突关系，当某一颗卫星可同时跟其它两个地面站建立星地链路，或者某一个地面站可同时与其它两颗卫星建立星地链路时，认为冲突存在，在冲突图中对应的节点对之间加一条边，反之，该节点对之间不加边；(5c)根据构造的星地链路冲突图CGg(Eg(t),Vg(t))，求解具有最大节点价值的独立集，按照节点集与链路集的一一对应关系，获得无冲突调度的星地链路集合Encsg(t)；(6)根据时隙t的拓扑结构G(E(t),V(t))、卫星的能量状态以及无冲突调度的星地链路集合Encsg(t)，计算星间链路集合Ess(t)中的链路的价值；(7)获得无冲突调度的星地链路集合，构造时隙t的星间链路调度冲突图CGs(Es(t),Vs(t))，其中冲突图中的节点对应链路集合中的链路，其节点价值等于对应链路集合中的链路价值，进而求解该冲突图对应的具有最大节点价值的独立集，从而获得无冲突调度的星间链路集合Encss(t)；(7a)构造星间链路冲突图中的节点集合Vs(t)：将链路集合Ess(t)对应到冲突图中的节点集合；(7b)构造星间链路冲突图中的边集合Es(t)：判断星间链路集合中某两条链路是否存在冲突关系，当某一颗卫星可同时跟其它两个卫星建立星间链路时，认为冲突存在，在冲突图中对应的节点对之间加一条边，反之，该节点对之间不加边；(7c)根据构造的星间链路冲突图CGs(Es(t),Vs(t))，求解具有最大节点价值的独立集，进而获得无冲突调度的星间链路集合Encss(t)；(8)根据无冲突调度的星地链路集合Encsg(t)和星间链路集合Encss(t)以及当前时隙初始时刻网络中卫星节点的能量状态和存储状态信息，求解在当前时隙t以最大化网络收益为目标的线性规划，获得在当前时隙业务数据对应的传输方式；(9)该时隙t结束时，将卫星电池的状态和存储状态作为下一时隙t+1初始时刻的卫星电池状态和存储状态的初始值；(10)令t＝t+1，同时判断t是否等于T：若t＝T，则算法已经执行到最后一个时隙，对小卫星网络资源的调度过程结束；若t≠T，则执行步骤(3)，继续获取拓扑结构，进行新一轮运算。