本发明涉及信息技术领域，特别是涉及针对遥感数据传输业务的空间信息网络资源分配机制。
背景技术：
空间信息网络是指将由遥感、导航、气象、通信侦查等不同领域、不同轨道的卫星构成的卫星网络与地面目标相结合，构成天地一体化网络，实时获取、传输和处理热点信息。空间信息网络中的遥感数据传输网络资源是非常有限的，为达到“实时传输和处理热点信息”的目标，我们需要一套网络资源分配机制，高效合理地分配网络资源，以期尽可能快地将数据交付到用户手中，同时完成尽可能多的数据传输任务，服务尽可能多的用户。
目前，已经针对遥感数据传输问题提出了一些解决方案。一类解决方案是采用一般启发式算法。一般启发式算法的核心思想是以优化模型的有效信息作为依据来进行可行解的搜索，利用启发函数来表达与优化问题相关的特定知识，从而不断逼近最优解。一般启发式算法根据启发式信息来进行解空间的搜索，在小规模的优化问题中效率很高，但是随着优化问题参数不断增多，参数维度不断增大，一般启发式算法容易陷入局部解。另一类解决方案是使用智能优化算法，智能优化算法是通过模拟自然界某些过程而形成的一种优化求解算法，例如遗传算法、模拟退火算法、人工蜂群算法等。有学者将网络资源调度问题转化为一般式的最后排序问题，然后用常见的优化算法解决了这个问题。但是这种解决方案的计算量大，且无法应对大量突发的数据传输请求，无法实时地分配网络资源。
在空间信息网络环境下，与传统网络系统相比，空间信息网络所提供的服务具有典型的相关性、周期性、突发性和稀疏性等特点，遥感数据传输业务源也表现为高动态性和时空关系复杂性。现有的针对遥感数据传输业务的网络资源分配机制，均无法适应真是的遥感业务场景，无法做到实时分配网络资源，同时兼顾任务完成率、用户公平性和网络资源利用率。
技术实现要素：
针对上述问题，本发明旨在提供一种针对遥感数据传输业务的空间信息网络资源调度系统。
本发明的目的采用以下技术方案来实现：
提供了本发明技术解决问题：克服上述现有技术的不足，提供一种针对遥感数据传输业务的空间信息网络资源调度系统，能够根据遥感数据传输业务的特点，实时高效分配网络资源，同时兼顾任务完成率、用户公平性和网络资源利用率。
本发明技术解决方案：一种针对遥感数据传输业务的空间信息网络资源调度系统，包括网络资源调度模块、第一数据传输模块、第二数据传输模块和网络资源竞争模块，其中：
所述网络资源调度模块用于确定网络资源调度策略和机制，具体为：从遥感卫星的运行机制和遥感数据传输业务特征出发，确定网络资源调度的目标、设计网络资源调度的策略和调度的机制；
所述第一数据传输模块用于确定数据传输任务，具体为：根据遥感卫星提出的数据传输请求，为空间信息网络节点规划假定的数据传输任务；其输入为所有遥感卫星的轨道参数、天线带宽、星上图像数据的缓冲队列、星上数据传输任务的缓冲队列，所有能够为遥感卫星提供网络接入服务的空间信息网络节点的轨道信息、天线数量、天线带宽、数据传输任务队列，输出为假定的数据传输任务的集合；
所述第二数据传输模块用于确定数据传输任务优先级，具体为：根据数据传输任务中的具体参数，计算数据传输任务的优先级，将吞吐量影响因子、服务质量影响因子、带宽利用率影响因子作为优先级的三个影响因子；其输入为数据传输任务的起止时间、遥感卫星的数据传输任务队列、空间信息网络节点的数据传输任务队列，其输出为带有优先级的数据传输任务的集合；
所述网络资源竞争模块用于确定数据传输任务的网络资源，具体为：根据数据传输任务的优先级参数，使所有数据传输任务按照一定规则竞争有限的数据传输网络资源；其输入为假定的数据传输任务的集合、空间信息网络天线资源的集合，其输出为有效的数据传输任务的集合，即网络资源调度机制在本轮调度过程中产生的有效的数据传输任务的集合。
可选的，网络资源调度策略和机制的具体实现如下：
(1)网络资源调度目标：优先最大化网络吞吐量，在保证吞吐量的基础之上，最小化数据下传时延，所述数据下传时延为图像从被遥感卫星产生到被下传至地面站终端所花费的时间，同时保证用户公平性，使所有的遥感卫星都能公平地获取遥感数据传输网络资源；
(2)网络资源调度策略：在一次数据传输过程中，传输尽可能多的数据，以最大化网络资源利用效率；数据传输任务所带来的网络资源的浪费越少，该数据传输任务的优先级越高；遥感数据在遥感卫星上滞留的时间越长，该遥感卫星发出的数据传输请求的优先级越高；遥感卫星上滞留的遥感数据越多，该遥感卫星发出的任务请求的优先级越高；
(3)网络资源调度机制的整体运行过程：遥感卫星根据星上缓冲的遥感数据的情况，周期性地发送数据传输请求；网络资源管理中心周期性地规划一组遥感数据传输任务；调度系统首先假设所有的数据请求都是合法的，且所有骨干星的高速天线都能响应这些数据传输请求，第一数据传输模块为每一对骨干星天线-遥感卫星产生一个假定的数据传输任务，由此得到一个假定的一个数据传输任务的集合；调度系统再根据第二数据传输模块计算以上集合中的数据传输任务的优先级；最后，所述集合中的数据传输任务根据网络资源竞争模块确定的方式竞争有限的天线资源，最终得到一组合法的数据传输任务，调度系统将这些数据传输任务指派给相应的遥感卫星和骨干卫星。
可选的，所述确定数据传输任务具体实现如下：
(1)通过轨道信息，得到骨干星与遥感卫星的下一个可见时间窗口；
(2)通过骨干星天线任务队列，得到骨干星天线的下一可服务时间；
(3)通过遥感卫星天线任务队列，得到遥感卫星天线的下一个可见时间窗口；
(4)通过以上(2)(3)中的可见时间窗口，得到骨干星和遥感卫星的下一次可用的数据传输时间窗口；
(5)计算下一次可用的数据传输时间窗口可传输的数据量和遥感卫星上需要传输的数据量，取二者最小值，作为将要传输的数据量；
(6)根据(5)得到一个假定的数据传输任务，其信息包括起止时间、下传的图像数据和图像数据的大小。
可选的，所述确定数据传输任务优先级的具体实现如下：
(1)吞吐量影响因子：计算数据传输任务携带的数据量占总量的百分比，然后将其乘以数据传输请求的数量，得到吞吐量影响因子；
(2)服务质量影响因子：计算数据传输任务中携带的图像数据单元在遥感卫星上的加权平均等待时间与遥感卫星轨道周期的比值，将其作为自然数的指数项，得到服务质量影响因子；
(3)带宽利用率影响因子：计算骨干星在结束上一个数据传输任务到开始下一个传输任务之间的等待时间，将遥感卫星轨道周期比上等待时间，然后对其取对数，得到带宽利用率影响因子；
(4)将(1)(2)(3)中的影响因子相乘，得到该数据传输任务的优先级。
可选的，所述确定数据传输任务的网络资源的具体实现如下：
(1)为所有的骨干星天线分配一个优先队列，将数据传输任务产生算法中得到的数据传输任务集合中的数据传输任务按照其对应的天线，分配到各个队列，将队列中的数据传输任务按照任务优先级逆序排序；
(2)创造一个合法的数据传输任务的集合，并将每一个优先级队列中的第一个数据传输任务纳入集合；
(3)集合内若有多个为同一遥感卫星规划的数据传输任务，只保留优先级最高的那个，同时从被删除的数据传输任务对应的优先队列中取出一个数据传输任务，加入集合；
(4)重复(3)，直至所有优先队列都为空，最后集合内的数据传输任务，即为合法的数据传输任务。
附图说明
利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的结构示意图；
附图标记：
网络资源调度模块1、第一数据传输模块2、第二数据传输模块3、网络资源竞争模块4。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，本实施例的下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。通过足够详细的描述这些实施示例，使得本领域技术人员能够理解和实践本发明。在不脱离本发明的主旨和范围的情况下，可以对实施做出逻辑的、实现的和其他的改变。因此，以下详细说明不应该被理解为限制意义，本发明的范围仅仅由权利要求来限定。
本发明一种针对遥感数据传输业务的空间信息网络资源调度系统，包括网络资源调度模块1、第一数据传输模块2、第二数据传输模块3和网络资源竞争模块4，其中：
所述网络资源调度模块1用于确定网络资源调度策略和机制，具体为：从遥感卫星的运行机制和遥感数据传输业务特征出发，确定网络资源调度的目标、设计网络资源调度的策略和调度的机制；
所述第一数据传输模块2用于确定数据传输任务，具体为：根据遥感卫星提出的数据传输请求，为空间信息网络节点规划假定的数据传输任务；其输入为所有遥感卫星的轨道参数、天线带宽、星上图像数据的缓冲队列、星上数据传输任务的缓冲队列，所有能够为遥感卫星提供网络接入服务的空间信息网络节点的轨道信息、天线数量、天线带宽、数据传输任务队列，输出为假定的数据传输任务的集合；
所述第二数据传输模块3用于确定数据传输任务优先级，具体为：根据数据传输任务中的具体参数，计算数据传输任务的优先级，将吞吐量影响因子、服务质量影响因子、带宽利用率影响因子作为优先级的三个影响因子；其输入为数据传输任务的起止时间、遥感卫星的数据传输任务队列、空间信息网络节点的数据传输任务队列，其输出为带有优先级的数据传输任务的集合；
所述网络资源竞争模块4用于确定数据传输任务的网络资源，具体为：根据数据传输任务的优先级参数，使所有数据传输任务按照一定规则竞争有限的数据传输网络资源；其输入为假定的数据传输任务的集合、空间信息网络天线资源的集合，其输出为有效的数据传输任务的集合，即网络资源调度机制在本轮调度过程中产生的有效的数据传输任务的集合。
本实施例提供一种针对遥感数据传输业务的空间信息网络资源调度系统，能够根据遥感数据传输业务的特点，实时高效分配网络资源，同时兼顾任务完成率、用户公平性和网络资源利用率。
优选的，网络资源调度策略和机制的具体实现如下：
(1)网络资源调度目标：优先最大化网络吞吐量，在保证吞吐量的基础之上，最小化数据下传时延，所述数据下传时延为图像从被遥感卫星产生到被下传至地面站终端所花费的时间，同时保证用户公平性，使所有的遥感卫星都能公平地获取遥感数据传输网络资源；
(2)网络资源调度策略：在一次数据传输过程中，传输尽可能多的数据，以最大化网络资源利用效率；数据传输任务所带来的网络资源的浪费越少，该数据传输任务的优先级越高；遥感数据在遥感卫星上滞留的时间越长，该遥感卫星发出的数据传输请求的优先级越高；遥感卫星上滞留的遥感数据越多，该遥感卫星发出的任务请求的优先级越高；
(3)网络资源调度机制的整体运行过程：遥感卫星根据星上缓冲的遥感数据的情况，周期性地发送数据传输请求；网络资源管理中心周期性地规划一组遥感数据传输任务；调度系统首先假设所有的数据请求都是合法的，且所有骨干星的高速天线都能响应这些数据传输请求，第一数据传输模块2为每一对骨干星天线-遥感卫星产生一个假定的数据传输任务，由此得到一个假定的一个数据传输任务的集合；调度系统再根据第二数据传输模块3计算以上集合中的数据传输任务的优先级；最后，所述集合中的数据传输任务根据网络资源竞争模块4确定的方式竞争有限的天线资源，最终得到一组合法的数据传输任务，调度系统将这些数据传输任务指派给相应的遥感卫星和骨干卫星。
优选的，所述确定数据传输任务具体实现如下：
(1)通过轨道信息，得到骨干星与遥感卫星的下一个可见时间窗口；
(2)通过骨干星天线任务队列，得到骨干星天线的下一可服务时间；
(3)通过遥感卫星天线任务队列，得到遥感卫星天线的下一个可见时间窗口；
(4)通过以上(2)(3)中的可见时间窗口，得到骨干星和遥感卫星的下一次可用的数据传输时间窗口；
(5)计算下一次可用的数据传输时间窗口可传输的数据量和遥感卫星上需要传输的数据量，取二者最小值，作为将要传输的数据量；
(6)根据(5)得到一个假定的数据传输任务，其信息包括起止时间、下传的图像数据和图像数据的大小。
优选的，所述确定数据传输任务优先级具体实现如下：
(1)吞吐量影响因子：计算数据传输任务携带的数据量占总量的百分比，然后将其乘以数据传输请求的数量，得到吞吐量影响因子；
(2)服务质量影响因子：计算数据传输任务中携带的图像数据单元在遥感卫星上的加权平均等待时间与遥感卫星轨道周期的比值，将其作为自然数的指数项，得到服务质量影响因子；
(3)带宽利用率影响因子：计算骨干星在结束上一个数据传输任务到开始下一个传输任务之间的等待时间，将遥感卫星轨道周期比上等待时间，然后对其取对数，得到带宽利用率影响因子；
(4)将(1)(2)(3)中的影响因子相乘，得到该数据传输任务的优先级。
优选的，所述确定数据传输任务的网络资源的具体实现如下：
(1)为所有的骨干星天线分配一个优先队列，将数据传输任务产生算法中得到的数据传输任务集合中的数据传输任务按照其对应的天线，分配到各个队列，将队列中的数据传输任务按照任务优先级逆序排序；
(2)创造一个合法的数据传输任务的集合，并将每一个优先级队列中的第一个数据传输任务纳入集合；
(3)集合内若有多个为同一遥感卫星规划的数据传输任务，只保留优先级最高的那个，同时从被删除的数据传输任务对应的优先队列中取出一个数据传输任务，加入集合；
(4)重复(3)，直至所有优先队列都为空，最后集合内的数据传输任务，即为合法的数据传输任务。
提供以上实施例仅仅是为了描述本发明的目的，而并非要限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求限定。不脱离本发明的精神和原理而做出的各种等同替换和修改，均应涵盖在本发明的范围之内。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。