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专利号: 2022107070279
申请人: 重庆邮电大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于任务松弛度的中继卫星动态调度方法,其特征在于,包括以下步骤:

101、中继卫星系统中,获取任务信息和天线资源信息,对队列Q中的所有中继卫星任务进行任务预处理,按照任务松弛度进行非降序排序,满足可行调度条件的任务进入队列RQ中分配天线资源;

102、根据滚动水平策略捕捉不可预测任务,根据任务松弛度判断不可预测任务的紧急程度,若为紧急任务,则将其移入紧急任务列表进行优先调度;若为非紧急任务,则可进入队列RQ中等待分配天线资源;

103、对队列RQ中按序排列的确定性任务进行冲突分析,计算任务执行时刻冲突度,若存在两个任务的可用时间发生冲突,则将这两个任务移入冲突列表进行冲突消解再调度;

若某个任务存在多个可用时间窗口,则选择一个最短的可用时间窗口进行分配;引入截止日期感知策略,对调度失败返回队列RQ的任务进行截止日期感知,满足条件的重新匹配可用时间窗口,获得一个初始调度方案;

104、基于截止日期感知的自适应大领域搜索算法求解所述初始调度方案的最优解,并将所述最优解作为最终调度方案,按照最终调度方案进行中继卫星动态调度。

2.根据权利要求1所述的一种基于任务松弛度的中继卫星动态调度方法,其特征在于,所述步骤101中,任务预处理是在任务调度之前,将队列Q中的任务按照任务松弛度进行非降序排序,若任务的松弛度相同,则任务的优先级作为第二选择;当任务满足可行性条件时,这个任务可以在天线时间轴上划分的每个时间块的开始时刻离开队列Q进入队列RQ。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于任务松弛度的中继卫星动态调度方法,其特征在于,所述任务松弛度定义为任务在截止日期之前能够延迟的最短时间,松弛度越小,优先级越高,任务松弛度li:式中,bi表示任务的截止日期, 表示任务ti执行时间的0.9分位点;

可行性条件为任务在截止日期之前能够被成功处理:

bj‑Tcurrent≥djh                       (2)式中,bj表示任务j的截止日期,Tcurrent表示系统当前时间,djh表示任务j在天线h上的持续处理时间;

在天线时间轴上,根据滚动水平策略来实时捕获任务到达的突发性,将时间轴划分为多个连续的时间块,每个时间块的开始时刻都将进行系统状态的刷新。

4.根据权利要求1所述的一种基于任务松弛度的中继卫星动态调度方法,其特征在于,所述步骤102中,若队列Q中不可预测任务的松弛度比队列RQ中的最小松弛度小,则说明该任务为紧急任务,将其移入紧急任务列表并触发函数SchedulingUrgentTask()处理该任务,然后更新队列Q和可见时间窗口。

5.根据权利要求4所述的一种基于任务松弛度的中继卫星动态调度方法,其特征在于,所述移入紧急任务列表并触发函数SchedulingUrgentTask()处理该任务的步骤包括:

1)调度紧急任务到对应可用时间窗口执行或者等待需满足两个条件:截止日期感知条件和最早完成时间条件;既要保证该紧急任务的时效性,又能最早完成该任务;

2)对紧急任务列表中的任务i,若它的可用时间窗口空闲,或者天线具有足够的任务服务时长,则将该任务i移至相应的可用时间窗口执行或等待执行;

3)若任务i对应的可用时间窗口被另一个任务j占用,判断任务i的松弛度是否为最小,若是则替换任务j进行任务调度,任务j将返回队列RQ按任务松弛度排序并重新选择可用时间窗口;若任务i不是任务松弛度最小,将任务i返回队列RQ重新选择可用时间窗口;

4)若没有对应的时间窗口或替换失败,说明无法在截止日期完成调度,拒绝执行该任务。

6.根据权利要求1所述的一种基于任务松弛度的中继卫星动态调度方法,其特征在于,所述步骤103中,在冲突分析阶段,计算两个任务的执行时刻冲突度,选择冲突度最小的任务进行优先调度,并将冲突度最大的任务返回至队列RQ中,满足截止日期感知条件的任务重新选择可用时间窗口进行重调度,任务成功调度后更新队列Q、RQ以及可见时间窗口;

其中,任务的执行时刻冲突度定义为两个任务可用时间窗口的重叠程度,任务i在天线h上的执行时刻冲突度h

式中,ATWi和 分别表示任务i与任务j的可用时间窗口,冲突度越大,表明两个任务时间窗口重叠的部分越多;

截止日期感知策略是在调度过程中要满足任务完成时间的0.9分位点小于任务的截止日期,如下所示:式中, 表示任务完成时间的0.9分位点,bi表示任务的截止日期。

7.根据权利要求1所述的一种基于任务松弛度的中继卫星动态调度方法,其特征在于,所述步骤104中,基于截止日期感知的自适应大领域搜索算法求解所述初始调度方案的最优解的步骤包括:初始化任务集合、最大迭代次数以及自适应大邻域搜索算法参数,包括破坏算子和修复算子的权重、分数以及选择概率;

通过基于任务松弛度的中继卫星动态调度的初始调度方案构造一个初始解x0,并且让目前最好的解x'等于x0,与此同时,通过轮盘赌方法选择邻域结构中的破坏算子和修复算子;

在破坏邻域中,根据任务松弛度最大原则,使用破坏算子选择当前解决方案中的一些任务进行移除操作,任务松弛度大的任务将优先被移除,移除的任务被放入RQ中,从而生成一个已销毁的解决方案;

在修复邻域中,根据任务松弛度最小原则,使用相应的修复算子可以从RQ中选择一些任务插入到已销毁的解决方案中,任务松弛度小的任务将被优先插入,匹配到可用的时间窗口资源,从而生成已恢复的解决方案;

通过邻域搜索函数FindNeighbor()获得一个修复解x”,比较x”与目前最好的解x',若x”比x'更好,则更新最优解x';

定义一个截止日期感知策略来控制整个搜索过程,在RQ队列的任务集中,随机选择一个未完成任务,计算它的完成时间fti(k),若满足 将直接使用插入操作符插入到符合约束条件的可用时间窗口,其中 表示任务完成时间的0.9分位点;

重复整个搜索过程直到满足算法的终止条件:1)达到最大迭代次数;2)队列RQ中带有可用时间窗口的所有任务都被成功调度。

8.根据权利要求7所述的一种基于任务松弛度的中继卫星动态调度方法,其特征在于,所述破坏算子和修复算子的权重、分数以及选择概率中,给每个算子操作符一个分数和一个权重,该分数依赖于任务分配的过去表现,相对于新可行解的奖励,用于评价操作符的有效性,并根据分数更新权重,权重可以影响选择给定算子的概率;

根据得到的分数,在搜索过程中动态调整权重,初始化参数时,所有启发式算子的权重设为1, 和 的分数均设为0,在每次迭代结束后,破坏算子和修复算子的权重更新。

9.根据权利要求8所述的一种基于任务松弛度的中继卫星动态调度方法,其特征在于,破坏算子和修复算子的权重更新如下:其中,τ∈[0,1]是决定历史信息重要程度的参数, 和 分别表示破坏算子和修复算子的分数,θ表示在最后一个时间段使用算子的次数;

选择每个破坏算子和修复算子的概率与权重成比例,它的计算如下所示;假设nd,nr分别表示所采用破坏启发式和修复启发式的个数,则选择给定破坏算子和修复算子的概率计算如下:在每一次迭代中,使用轮盘赌方法选择破坏算子和修复算子;

10.根据权利要求1所述的一种基于任务松弛度的中继卫星动态调度方法,其特征在于,所述中继卫星动态调度过程的主要优化目标是最大化任务完成数以及优先调度高优先级的任务,目标函数:式中,i表示调度任务,T表示调度任务集合;k表示可见时间窗口,TWi表示可见时间窗口集合;h表示天线,R表示天线资源集合;li记为任务i的松弛度对应的加权值。ρi记为任务的优先级对应的加权值。λi记为任务i执行时间先后次序对应的加权值, 为决策变量,表示任务i在天线h上的第k个时间窗口成功被调度,否则任务i调度失败,即