[发明专利]一种中继卫星负载均衡的动态抢占式任务调度方法及系统

说明书

本发明涉及一种中继卫星负载均衡的动态抢占式任务调度方法及系统，其包括以下步骤：1)若天线具有足够长的空闲时间，则在该时间直接插入任务进行直接调度；若不能直接插入，则进行抢占式任务切换和子任务分割与插入进行调度，若仍不能调度则进入下一步；2)对采用直接调度模块后未被执行的新任务，通过间接调度完成调度；3)建立三个目标函数实现对最优动态调度方案的选择。本发明采用直接调度模块与间接调度模块进一步优化动态扰动条件下中继卫星任务调度方案，以提供比完全重调度与传统动态调度方法更优的系统性能。本发明可以广泛在空间信息网络中继卫星资源调度领域中应用。

技术领域

本发明涉及一种空间信息网络中继卫星资源调度领域，特别是关于一种中继卫星负载均衡的动态抢占式任务调度方法及系统。

背景技术

随着空间信息网络的飞速发展，空间业务量逐渐呈现指数型增长趋势。中继卫星系统作为空间信息网络的重要组成部分，能够有效缓解卫星业务的传输压力，实现全球范围数据的实时回传，弥补了我国在远海难以建立地面站的现实问题。在中继卫星系统中，为实现对于星上任务的合理安排，资源调度成为了亟待解决的主要技术问题。

在卫星任务调度的相关研究中，其研究重点是数学建模与算法求解。通过建立与中继卫星调度问题高度等价的数学模型，准确描述卫星控制系统所受的约束条件和系统要实现的具体目标，是解决该问题的基础。迄今为止，对于中继卫星调度问题的建模与求解可主要分为两类：静态任务规划与动态任务规划。

1、静态任务规划：中继卫星资源调度受可见时间窗口、数据存储能力、设备能耗、任务有效性和优先级等多种因素的影响，是一个多约束满足的NP-hard问题。目前，针对这种问题主要采用静态的任务规划方式，即在假设任务均为周期产生或是预先可知的前提下，对任务的调度方案进行求解。提出的问题模型主要包括线性规划模型、图论模型与多约束满足问题模型。其中，数学规划模型与图论模型具有基础理论成熟与求解算法简单等特点，但对于解决大规模任务和复杂约束条件的调度问题并不具有优势。约束满足问题模型能够利用逻辑语言对问题中的变量和约束条件进行准确描述，同时可采用群智能优化算法求解，通过设计恰当的搜索策略，在确定的时间内获得调度问题的最优或较优解，充分发挥了中继卫星的离线处理能力。

2、动态任务规划：事实上，中继卫星的调度过程中会受到多种扰动因素的影响，包括突发任务，设备故障，平台振动和较差的误码性能等，直接引起了星上任务和终端设备的动态变化。当上述不确定因素发生时，如果采用静态规划算法重新安排任务，不仅会增加卫星的计算开销和能耗，还会导致大量的任务无法得到实时传输，严重时甚至有可能导致调度方案的失效。中继卫星的调度研究应在静态任务规划的基础上，随着资源的变化不断对原方案进行调整，在保证调整程度最小的前提下，实现高效的动态任务规划。已有的动态调度方法通过对业务特征的分析，采用较为简单的替换插入与移动插入策略进行任务调整。这种方法会使原始方案产生较大改变，在任务安排较为密集的情况下导致较多任务的丢失。除此之外，也有采用完全重调度算法对调度方案重新计算，使得大量的计算资源被浪费。因此，有必要进一步优化中继卫星在动态任务规划时的调度性能。

目前，学术界与工业界在中继卫星资源调度的问题上针对第一种情况已有较多研究成果，而涉及第二种情况的学术研究与设计方案还比较有限。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种中继卫星负载均衡的动态抢占式任务调度方法及系统，其采用直接调度模块与间接调度模块进一步优化动态扰动条件下中继卫星任务调度方案，以提供比完全重调度与传统动态调度方法更优的系统性能。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种中继卫星负载均衡的动态抢占式任务调度方法，其特征在于包括以下步骤：1)若天线具有足够长的空闲时间，则在该时间直接插入任务进行直接调度；若不能直接插入，则进行抢占式任务切换和子任务分割与插入进行调度，若仍不能调度则进入下一步；2)对采用直接调度模块后未被执行的新任务，通过间接调度完成调度；3)建立三个目标函数实现对最优动态调度方案的选择。