天地基测控数传资源一体化按需调度方法及系统与流程

本发明属于航天器测控领域，具体涉及一种天地基测控数传资源一体化按需调度方法及系统。

背景技术：

航天器的管控就是指调度地基、天基站网资源，对数量众多的航天器进行测控管理，进而完成航天器发射、入轨和在轨运行等各飞行阶段的遥测、遥控、测定轨和状态监控等工作，从而保障航天器能够稳定运行和发挥相应的应用效能。

我国航天测控系统和运控系统长期以来各自独立建设、自成体系，站网资源难以共享共用，严重制约了航天装备应用效能以及航天器管控资源建设效益的发挥。目前，天地资源综合规划和调度模式主要以静态的单测控/数传任务为主，一个资源用户方需要面对多个资源调度管理中心的资源申请与调度，缺乏多用户、多样化任务和多类型资源的综合化资源调度模式。而且，目前对天基资源的使用效能较低，现有的天基资源分配机制不利于用户使用，天基资源和地基资源的使用缺乏统筹规划。此外，目前的资源管理是以计划管理为主，资源使用情况不透明，各方资源的使用计划匹配性较差。再加上未来测控和数传任务将进行站网资源统一调度的发展趋势，因此需要对天地基测控数传资源一体化调度模式和方法进行新的探索。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述问题，提供一种天地基测控数传资源一体化按需调度方法及系统，基于启发式规则，面向天地基测控数传资源一体化调度的需求，通过将测控与数传任务关联的情形以关联属性引入到天地基测控数传资源使用申请的信息中，并设计任务选择的三级排序规则和弧段选择的启发式规则，为各资源用户方提供统一灵活的天地基测控数传资源使用申请、申请结果和任务-资源可用窗口信息的接口，实现对多用户、多样化任务和多类型资源的天地基资源进行统一调度，以提升天地基测控数传资源调度的按需服务能力。

本发明的技术方案是天地基测控数传资源一体化按需调度方法，通过资源调度中心向各资源用户方提供统一灵活的天地基测控数传资源使用申请、申请结果和任务-资源可用窗口信息的接口，对多用户、多样化任务和多类型资源的天地基资源进行统一调度，所述一体化按需调度方法包括以下步骤，

s1：资源调度中心向各用户方实时发送其任务-资源可用窗口信息；

s2：各用户方根据其任务-资源可用窗口信息按需生成天地基测控数传资源使用申请，并发送给资源调度中心；

s3：资源调度中心根据资源使用申请，采用天地基测控数传资源应急调度策略进行自动调度，生成资源申请结果，同时更新各用户方的任务-资源可用窗口信息，并实时发送给资源各用户方。

各用户方组成的用户集合为ui表示第i个用户，1≤i≤nu，nu为用户的总数；各用户方管控的卫星任务组成的卫星集合为用户ui的第j个卫星任务记为为用户ui的卫星任务的总数；各用户方发送的天地基测控数传资源使用申请组成的资源使用申请集合为用户ui的第j个天地基测控数传资源使用申请记为为用户ui的天地基测控数传资源使用申请的总数；天基资源集合为第k个天基资源记为为天基资源的总数；地基资源集合为第l个地基资源记为为地基资源的总数。

进一步地，天地基测控数传资源使用申请的信息包括：用户方名称、申请序号、卫星任务名称、任务优先级、资源类型、关联属性、最早跟踪开始时间、最晚跟踪结束时间、最短工作时长；所述任务优先级表示卫星任务的重要程度，是由资源管理方与各用户共同协商确定；所述资源类型包括地基测控、地基数传、天基测控、天基数传、天地基测控和天地基数传；所述关联属性表示与本申请同时需要满足的其他申请序号集合；所述最早跟踪开始时间和最晚跟踪结束时间表示本申请可以满足的时间区间；所述最短跟踪时长表示本申请需要满足的最短时长。

进一步地，任务-资源可用窗口信息为天基资源集合r^s与地基资源集合r^g当前至规划时间内对于各个用户方所管控卫星任务的可用弧段集合；可用弧段集合包括本用户方卫星任务已分配可用弧段集合、空闲可用弧段集合、替换可用弧段集合和抢占可用弧段集合；所述已分配可用弧段表示资源调度系统为本用户方已经分配计划的弧段；所述空闲可用弧段为没有与所有其他任务卫星任务已分配计划弧段时间冲突的弧段；所述替换可用弧段为与其他具有可替换弧段的卫星任务的已分配计划弧段冲突的弧段；所述抢占可用弧段为与其他低优先级且不具有可替换弧段的卫星任务已分配计划弧段冲突的弧段。

优选地，所述规划时间为7天。

进一步地，步骤3包括以下子步骤，

s301，获取当前时刻各用户方发送的天地基测控数传资源使用申请，形成资源使用申请集合t；

s302，按照任务优先级、关联申请优先和时间灵活度对资源使用申请集合t进行排序；

s303，初始化已分配资源申请集合、待分配资源申请集合和被抢占卫星任务弧段集合；

s304，按照优先顺序从当前资源使用申请集合t中取出一个申请并更新资源使用申请集合t；

s305，根据申请的用户方名称、卫星任务名称和资源类型，确定当前任务-资源可用窗口集合wa；

s306，根据申请的最早跟踪开始时间、最晚跟踪结束时间、最短工作时长和当前任务-资源可用窗口集合，生成申请的可用弧段集合ws，且ws∈wa；

s307，判断申请的可用弧段集合ws是否为空，如果可用弧段集合ws不为空，则按照已分配可用弧段、空闲可用弧段、替换可用弧段和抢占可用弧段的顺序选择可调度弧段，将申请连同选中的弧段放入已分配资源申请集，更新任务-资源可用窗口集合，执行步骤s309；如果可用弧段集合ws为空，则执行步骤s308；

s308，判断申请的关联属性是否为空，如果不为空，则根据关联属性中的资源申请序号，将包含申请的所有关联申请从资源使用申请集合和已分配资源申请集合中取出，放入待分配资源申请集合，更新资源使用申请集合、已分配资源申请集合，并且重新释放已分配资源申请集合中的关联申请占用的资源，更新任务-资源可用窗口集合；如果为空，则将申请放入待分配资源申请集合；

s309，查看资源使用申请集合是否为空，如果不为空，则转入步骤s303；

s310，根据已分配资源申请集合和待分配资源申请集合，按照用户方分类生成各用户方的资源申请结果和任务-资源可用窗口信息，并向各用户方向发送。

进一步地，步骤302中，所述按照任务优先级、关联申请优先和时间灵活度对资源使用申请集合t进行排序，采用三级排序规则：第一级为任务优先级规则为高优先级卫星任务的申请优先；第二级关联申请优先规则为相同优先级的卫星任务中具有关联属性的申请优先；第三级时间灵活度规则为时间灵活度低的申请优先，其中时间灵活度是指资源申请的最短工作时长与资源申请时间窗口内可用弧段最大时长的比值。

进一步地，步骤s306中，所述生成申请的可用弧段集合ws，包括以下子步骤，

(1)判断可调度弧段集合ws是否包含已分配可用弧段，若有，则选择已分配可用弧段，并将申请连同选中的弧段放入已分配资源申请集合，否则执行步骤(2)；

(2)判断可调度弧段集合ws是否包含空闲可用弧段，若有，则选择空闲可用弧段，并将申请连同选中的弧段放入已分配资源申请集合，并更新任务-资源可用窗口集合，否则执行步骤(3)；在选择空闲可用弧段时，如果有多个弧段，则优先选择天基空闲可用弧段，然后选择与其他卫星任务-资源可用窗口冲突最小的地基空闲可用弧段；

(3)判断可调度弧段集合ws是否包含替换可用弧段，若有，则选择替换可用弧段，将申请连同选中的弧段放入已分配资源申请集合，并给其他卫星任务重新分配可替换弧段，更新任务-资源可用窗口集合，否则执行步骤(4)；

(4)判断可调度弧段集合ws是否包含抢占可用弧段，若有，则选择抢占可用弧段，并将申请连同选中的弧段放入已分配资源申请集合，同时将其他低优先级卫星任务弧段放入被抢占卫星任务弧段集合，并更新任务-资源可用窗口集合。

进一步地，步骤310中，所述资源申请结果为资源调度系统根据各用户方发送的天地基测控数传资源使用申请反馈的资源调度结果，资源调度结果包括用户方名称、申请序号和申请结果的状态；申请结果的状态包括满足和不满足。

采用上述的天地基测控数传资源一体化按需调度方法的调度系统，包括多个处理器和存储器，所述存储器存储有一体化按需调度程序，一体化按需调度程序被处理器执行时，实现天地基测控数传资源一体化按需调度方法。

相比现有技术，本发明的有益效果：

1)本发明提供的天地基测控数传资源一体化按需调度方法及系统，面向我国天地基测控数传资源一体化调度的需求，通过向各用户方提供天地基测控数传资源使用的统一交互接口，以支持面向多用户、多任务和多类型资源的按需调度模式，改变了目前单个资源用户方需要面对多个资源调度管理中心的以计划管理为主、资源使用情况不透明的资源调度模式，使得天地基资源使用更加方便和透明化；

2)本发明将测控与数传任务关联的情形以关联属性引入到天地基测控数传资源使用申请的信息中，使得资源调度过程中考虑了多任务关联情况，解决了因多任务关联造成的申请结果与用户资源使用需求不匹配问题，提高了资源使用申请响应流程的合理性，从而减少了用户申请的响应时间；

3)本方法与已有技术的调度效果相比，在天地基测控数传资源一体化调度的求解过程中，任务选择按照任务优先级、关联申请优先和时间灵活度的三级排序规则，弧段选择按照已分配可用弧段、空闲可用弧段、替换可用弧段和抢占可用弧段的启发式规则，实现了测控数传资源综合统筹分配、高效自动化调度和最大限度地满足用户使用需求的目标，具有求解方法正确合理、计算过程快速有效、对实际工程任务的适用性好等优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的天地基测控数传资源一体化按需调度方法的流程图。

图2为实施例一的调度场景示意图。

图3为实施例一的资源调度中心进行自动调度的流程示意图。

图4为实施例一的生成资源申请的可用弧段集合的流程示意图。

具体实施方式

实施例一

图2所示为实施例的调度场景，各用户方组成的用户集合为ui表示第i个用户，1≤i≤nu，nu为用户的总数；各用户方管控的卫星任务组成的卫星集合为用户ui的第j个卫星任务记为为用户ui的卫星任务的总数；各用户方发送的天地基测控数传资源使用申请组成的资源使用申请集合为用户ui的第j个天地基测控数传资源使用申请记为为用户ui的天地基测控数传资源使用申请的总数；天基资源集合为第k个天基资源记为为天基资源的总数；地基资源集合为第l个地基资源记为为地基资源的总数。

如图1所示，天地基测控数传资源一体化按需调度方法，包括以下步骤：

s1，资源调度系统向各用户方实时发送其任务-资源可用窗口信息；任务-资源可用窗口信息为天基资源集合r^s与地基资源集合r^g在当前至未来7天内对于各个用户方所管控卫星任务的可用弧段集合。可用弧段集合包括本用户方卫星任务已分配可用弧段集合、空闲可用弧段集合、替换可用弧段集合和抢占可用弧段集合。所述已分配可用弧段表示资源调度系统为本用户方已经分配计划的弧段；所述空闲可用弧段为没有与所有其他任务卫星任务已分配计划弧段时间冲突的弧段；所述替换可用弧段为与其他具有可替换弧段的卫星任务的已分配计划弧段冲突的弧段；所述抢占可用弧段为与其他低优先级且不具有可替换弧段的卫星任务已分配计划弧段冲突的弧段。

s2，各用户方根据其任务-资源可用窗口信息按需生成天地基测控数传资源使用申请，并发送给资源调度系统；

天地基测控数传资源使用申请是按照各用户方所管控卫星任务根据需要一次发送单个申请或批量申请，其信息主要包括：用户方名称、申请序号、卫星任务名称、任务优先级、资源类型、关联属性、最早跟踪开始时间、最晚跟踪结束时间、最短工作时长。所述任务优先级表示卫星任务的重要程度，是由资源管理方与各用户共同协商确定；所述资源类型包括地基测控、地基数传、天基测控、天基数传、天地基测控和天地基数传等六种类型；所述关联属性表示与本申请同时需要满足的其他申请序号集合；所述最早跟踪开始时间和最晚跟踪结束时间表示本申请可以满足的时间区间；所述最短跟踪时长表示本申请需要满足的最短时长。

s3，资源调度系统根据资源使用申请采用天地基测控数传资源应急调度策略进行自动调度，生成资源申请结果，同时更新各用户方的任务-资源可用窗口信息，并实时发送给资源各用户方；

s301，获取当前时刻各用户方发送的天地基测控数传资源使用申请，形成资源使用申请集合t；s302，按照任务优先级、关联申请优先和时间灵活度对资源使用申请集合t进行排序；

s303，初始化已分配资源申请集合、待分配资源申请集合和被抢占卫星任务弧段集合；

s304，按照优先顺序从当前资源使用申请集合t中取出一个申请并更新资源使用申请集合t；

s305，根据申请的用户方名称、卫星任务名称和资源类型，确定当前任务-资源可用窗口集合wa；

s306，根据申请的最早跟踪开始时间、最晚跟踪结束时间、最短工作时长和当前任务-资源可用窗口集合，生成申请的可用弧段集合ws，且ws∈wa；

s307，根据申请的可用弧段集合ws，如果可用弧段集合ws不为空，则按照已分配可用弧段、空闲可用弧段、替换可用弧段和抢占可用弧段的顺序选择可调度弧段，将申请连同选中的弧段放入已分配资源申请集，更新任务-资源可用窗口集合，执行步骤s309；如果可用弧段集合ws为空，则执行步骤s308；

s308，判断申请的关联属性是否为空，如果不为空，则根据关联属性中的资源申请序号，将包含申请的所有关联申请从资源使用申请集合和已分配资源申请集合中取出，放入待分配资源申请集合，更新资源使用申请集合、已分配资源申请集合，并且重新释放已分配资源申请集合中的关联申请占用的资源，更新任务-资源可用窗口集合；如果为空，则将申请放入待分配资源申请集合；

s309，查看资源使用申请集合是否为空，如果不为空，则转入步骤s303；

s310，根据已分配资源申请集合和待分配资源申请集合，按照用户方分类生成各用户方的资源申请结果和任务-资源可用窗口信息，并向各用户方向发送。资源申请结果为资源调度系统根据各用户方发送的天地基测控数传资源使用申请反馈的资源调度结果，内容包括用户方名称、申请序号和申请结果。其中，申请结果有两种状态：满足和不满足。

步骤s302中，任务优先级、关联申请优先和时间灵活度排序为三级排序规则：第一级为任务优先级规则为高优先级卫星任务的申请优先；第二级关联申请优先规则为相同优先级的卫星任务中具有关联属性的申请优先；第三级时间灵活度规则为时间灵活度低的申请优先，其中时间灵活度是指资源申请的最短工作时长与资源申请时间窗口内可用弧段最大时长的比值。

如图4所示，步骤s306的生成申请的可用弧段集合ws，按照以下步骤进行：

1)判断可调度弧段集合ws是否包含已分配可用弧段，若有，则选择已分配可用弧段，并将申请连同选中的弧段放入已分配资源申请集合，否则转2)；

2)判断可调度弧段集合ws是否包含空闲可用弧段，若有，则选择空闲可用弧段，并将申请连同选中的弧段放入已分配资源申请集合，并更新任务-资源可用窗口集合，否则转3)；在选择空闲可用弧段时，如果有多个弧段，则优先选择天基空闲可用弧段，然后选择与其他卫星任务-资源可用窗口冲突最小的地基空闲可用弧段；

3)判断可调度弧段集合ws是否包含替换可用弧段，若有，则选择替换可用弧段，将申请连同选中的弧段放入已分配资源申请集合，并给其他卫星任务重新分配可替换弧段，更新任务-资源可用窗口集合，否则转4)；

4)判断可调度弧段集合ws是否包含抢占可用弧段，若有，则选择抢占可用弧段，并将申请连同选中的弧段放入已分配资源申请集合，同时将其他低优先级卫星任务弧段放入被抢占卫星任务弧段集合，并更新任务-资源可用窗口集合。

实施结果表明，上述的采用启发式规则的天地基测控数传资源一体化按需调度方法可高效求解得到天地基测控数传资源调度问题的调度方案。

实施例二

采用天地基测控数传资源一体化按需调度方法的调度系统，包括多个处理器和存储器，资源调度中心、各资源用户方分别部署处理器，所述存储器存储有天地基测控数传资源一体化按需调度程序，资源调度中心的处理器运行天地基测控数传资源一体化按需调度程序时，执行天地基测控数传资源一体化按需调度方法的步骤s1和s3，资源用户方的处理器运行天地基测控数传资源一体化按需调度程序时，执行天地基测控数传资源一体化按需调度方法的步骤s2。本系统的实施参照实施例一的天地基测控数传资源一体化按需调度方法的实施。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，均应视为本发明的保护范围。