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专利号: 2021100043878
申请人: 西安建筑科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种异构空间网络数传任务协同规划方法,其特征在于,包括以下步骤:

1)初始化异构空间网络的基本参数;

2)建立异构空间网络的时间扩展图;

3)各卫星系统建立待优化本地变量,将待优化本地变量中的0‑1变量松弛为连续变量,建立本地任务规划问题优化模型P;

C,t

4)协同中心及卫星系统初始化迭代参量,即令迭代次数t=0,全局变量y =0,拉格朗t日乘子λ=0;

5)各卫星系统求解本地任务规划问题优化模型P,并根据求解结果更新本地变量,并将全局变量本地副本 发送给协同中心,其中,上标C表示全局,n表示第n个卫星系统;

C C,t+1

6)协同中心更新全局变量y,获得其在第t+1次迭代中的取值y ;

7)各卫星系统更新拉格朗日乘子λn,获得其在第t+1次迭代中的取值

8)更新迭代次数t,令t=t+1;

C,t C,t‑1

9)当||y ‑y ||2>ε,则跳转至步骤5),否则,则转至步骤10),其中,ε为满足ε<<1的正常数;

C,t C *

10)协同中心还原全局松弛变量y 得到全局变量最优解(y) ,并向各卫星系统发送与其相关的部分;

11)各卫星系统还原本地松弛变量,获得本地变量的最优解;

12)各卫星系统根据本地变量最优解获取最优任务规划与资源调度方案;

步骤1)中的异构空间网络包含一个协同中心及N个卫星系统,异构空间网络的基本参数包括异构空间网络中的协同中心D、卫星系统集合 卫星集合S=∪1≤n≤NSn、地面站集合G=∪1≤n≤NGn及任务集合OM=∪1≤n≤NOMn,其中,Sn={sn,1,sn,2,…,sn,i,…}表示第n个卫星系统中的卫星集合, 表示第n个卫星系统中的地面站集合, 及 分别表示第n个卫星系统中的共享地面站集合及非共享地面站集合,OMn={omn,1,omn,2,…,omn,i,…}表示第n个卫星系统任务需求集合;

步骤3)的具体操作过程为:

3a)卫星系统 立本地优化变量:其中,zn为任务执行变量,0‑1变量zn,i表示任务on,i是否被成功执行,xn为流变量,fn,i表示任务on,i在时间扩展图上对应的流,x(fn,i)表示时间扩展图上流fn,i的流量,表示弧 上流fn,i的流量, 为本地链路调度变量,0‑1变量 表示第k个时隙内链路(sn,i,gn,j)是否被调度, 为全局链路调度变量的本地副本变量,其中, 表示全局变量 在卫星系统n中的本地副本变量;

3b)卫星系统 本地变量中的0‑1变量松弛为连续变量,即令

3c)建立本地任务规划问题优化模型P,对于第n个卫星系统,本地任务规划问题优化模型P为:P:

s.t.

其中,wn,i表示任务omn,i成功执行后所获得的收益,bn,i表示任务omn,i需要回传的数据量, 表示本地副本变量 对应的拉格朗日乘子,ρ为惩罚项,rs(sn,i)为卫星sn,i的存储空间大小,σ(n,i)表示第n个卫星系统中携带任务omn,i的数据的卫星序号, 表示发起卫星为sn,i且调度窗口包含第k个时隙的任务在时间扩展图上对应的流集合, 为所有卫星在每个时隙内副本的顶点集合, 为所有地面站在每个时隙内副本的顶点集合;

C,t+1

协同中心通过下式计算y ;

卫星系统 通过下式计算

步骤10)的具体操作为:

10a)初始化未还原全局松弛变量所对应的链路弧集合AX,令AX=ALC;

C *

10b)若 则协同中心输出还原后的全局变量(y),并向卫星系统 送与其相关的部分 否则,则转至10c);

10c)在集合AX中寻找链路弧 其满足

10d)协同中心向卫星系统m、n发出调度请求 并接收卫星系统m、n的调度回复 及

10e)当卫星系统m及n都同意调度,即, 则转至步骤

10f),否则,则令 并转至步骤10h);

10f)令

10g)对于任一链路弧 令

其中, 为时间扩展图上与

冲突的链路弧集合;

10h)令 并转至步骤10b);

步骤11)的具体操作为:

11a)初始化待还原本地松弛变量所对应的链路弧集合AR及任务需求集合OMR,令

11b)当 则转至步骤11g),否则,则转至步骤11c);

11c)寻找链路弧 其满足

11d)当存在链路弧 且满足 则转至步骤11e),否则,则令 且对任一链路弧令 然后转至步骤11f),其中 为时间扩展图上与 冲突的链路弧集合;

11e)令

11f)令

11g)固定本地任务规划问题优化模型P中的变量 重新求解本地任务规划问题优化模型P;

11h)当存在任务omn,i∈OMR使得zn,i<1,则转至步骤11i),否则输出还原后的本地变量;

11i)令

11j)令

11k)将已经固定的变量代入本地任务规划问题优化模型P中,再求解本地任务规划问题优化模型,然后转至步骤11h)。

2.根据权利要求1所述的异构空间网络数传任务协同规划方法,其特征在于,步骤2)中的异构空间网络的时间扩展图表示为GK(V,A),其中,V为时间扩展图中顶点集合,代表异构空间网络中各时隙内的卫星或地面站,A=AL∪AS为时间扩展图中弧集合,AL及AS分别为链路弧及存储弧集合,链路弧表示各时隙内卫星与地面站之间的传输机会,AL=ALL∪ALC,ALL表示卫星与本卫星系统内地面站之间的传输机会,ALC表示卫星与其它卫星系统的共享地面站之间的传输机会的集合,存储弧表示卫星节点在各个时隙内的传输能力。