[发明专利]基于任务拆分聚合的数据中继卫星系统任务规划方法

说明书

本发明属于卫星通信技术领域，公开了一种基于任务拆分聚合的数据中继卫星系统任务规划方法，对网络中的任务进行拆分与聚合；对预处理后的任务构建可行解序列；对构建的可行解进行局部搜索，输出任务规划结果。本发明通过任务预处理将来自用户请求的任务需求转化为规划效率较高的任务元；传输时间较长的任务拆分为多个任务元，传输时间短、调度窗口重合率高且请求卫星位置相近的任务，合并为一个任务元。本发明解决了传统的任务规划算法中传输时间较长与较短任务规划效率低的问题，提高了数据中继卫星网络中的任务规划效率与资源利用率，可用于数据中继卫星系统任务规划的过程。

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于任务拆分聚合的数据中继卫星系统任务规划方法。

背景技术

随着空间科学技术的不断发展，在轨卫星数目不断增多，需要回传到地面的数据量也随之持续增长。但是，由于低轨卫星与地面站的可见时间有限且回访时间长，严重制约了在轨数据回传的及时性。位于地球同步轨道的跟踪与数据中继卫星(后文简称中继卫星)轨道高度较高，可以通过提供数据中继的方式，有效的拓宽低轨卫星与地面站的通信窗口长度，因此，中继卫星系统在整个空间信息网络中起到了重要的作用。由于中继卫星资源十分有限，而网络中的任务需求在不断增长，现如今，如何分配中继卫星资源以保证任务完成率已经成为空间信息网络中的热点问题。现有中继卫星系统任务规划的工作大多将任务规划问题建模为带窗口的并行机调度问题，其将中继卫星天线视为机器(machine)，将用户卫星的任务请求视为待服务的工作(job)，将任务需要的传输时间视为工作的处理时长(processing time)，并假设每个工作仅能被一台机器服务一次。由于空间信息网络中任务的多样性，不同任务请求的时间窗松紧度、处理时长等参数具有较大差异，而工作在任务规划过程中并没有针对任务请求的差异性进行区分，导致部分种类任务的规划效率较低。一方面，对于长传输时间的任务，由于并行机调度模型假设每个任务只能在一台机器上被一次性执行完毕，导致在一些情况下，即使时间窗口内仍剩余足够的空闲时间，长传输时间的任务也无法被成功调度；另一方面，由于中继卫星单址天线转动速度较慢，当中继卫星天线从服务一颗用户卫星切换到服务另一颗用户卫星时，需要预留较长的时间(15s～5min)用于天线转动，对于传输时长较短的任务，天线空转时间将占据较大的比例，因此合理安排中继卫星天线服务用户的顺序成为影响中继卫星服务能力的重要因素。已有工作中所提的启发式方法仅将天线转动时间作为一个在中继卫星天线上安插任务的约束条件，而并非决定天线服务用户顺序的重要因素，现有并行机调度模型下较短传输时间的任务的服务效率仍旧难以保证。

综上所述，现有技术存在的问题是：由于空间信息网络中任务的多样性没有针对任务请求的差异性进行区分，导致部分种类任务的规划效率较低。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于任务拆分聚合的数据中继卫星系统任务规划方法。

本发明是这样实现的，一种基于任务拆分聚合的数据中继卫星系统任务规划方法，所述基于任务拆分聚合的数据中继卫星系统任务规划方法包括：对网络中的任务进行拆分与聚合；对预处理后的任务构建可行解序列；对构建的可行解进行局部搜索，输出任务规划结果。

进一步，所述基于任务拆分聚合的数据中继卫星系统任务规划方法包括以下步骤：