一种面向任务服务的卫星网络资源管理模型及构建方法技术

本发明专利技术属于卫星网络通信技术领域，公开了一种面向任务服务的卫星网络资源管理模型及构建方法；首先分析任务目标、卫星网络资源能力和服务能力，对资源管理服务过程进行建模。其次依托于实际网络系统中的设备实体节点之间的物理链路，对其进行网络化建模。最后对面向任务服务的资源管理问题进行数学化表示，最终形成卫星网络资源管理模型(TRS模型)。TRS模型针对复杂任务的资源分配提供了一种新的研究思路，另外对资源的聚合和任务分解服务在多星协同规划任务中给出重要建议。本发明专利技术提出了一种通用的面向任务服务的资源管理模型，为原型提供了简洁的形式化语言，可以对卫星网络系统任务需求、资源能力、服务性能进行统一化描述，便于整体资源管控。

A Satellite Network Resource Management Model and Construction Method Oriented to Mission Services

The invention belongs to the technical field of satellite network communication, and discloses a satellite network resource management model and construction method oriented to mission service. Firstly, the mission target, satellite network resource capability and service capability are analyzed, and the resource management service process is modeled. Secondly, relying on the physical links between the physical nodes of the device entities in the actual network system, the network model of the device entities is built. Finally, the task-oriented resource management problem is expressed mathematically, and finally the satellite network resource management model (TRS model) is formed. TRS model provides a new research idea for resource allocation of complex tasks. In addition, it gives important suggestions for resource aggregation and task decomposition services in multi-satellite cooperative planning tasks. The invention provides a general task-oriented resource management model, provides a concise formal language for the prototype, and can uniformly describe the mission requirements, resource capabilities and service performance of the satellite network system, so as to facilitate the overall resource management and control.

【技术实现步骤摘要】
一种面向任务服务的卫星网络资源管理模型及构建方法
本专利技术属于卫星网络通信
，尤其涉及一种面向任务服务的卫星网络资源管理模型及构建方法。
技术介绍
随着空间资源的开发和利用，卫星网络在对地观测、远洋航行、应急救援、导航定位、航天测控等领域的应用将占据越来越重要的地位。卫星网络中的节点包括空间轨道运行的各类卫星、航天器等，其具有独立的计算、存储、通信等能力，用以对不同的业务目标服务。然而，由于卫星、航天器等卫星网络基础设施造价高、卫星发射周期长、卫星入轨后资源难以扩充等缺点，致使单颗卫星的星载设备资源受限、功能单一。目前，随着终端用户数量及业务类型的不断增加，传统的人工任务编制、卫星单独编制或仅同种类型卫星任务编制均无法满足业务需求，此时需要卫星网络系统根据业务统筹规划多种类型卫星协同完成。因此如何对网络整体资源进行合理高效的管理与调度是充分利用卫星网络资源的关键所在。由卫星节点组成的网络具有信息获取、处理、传输、分发等多种功能，涉及通信资源、存储资源、计算资源、处理资源等多种资源。为了充分利用这些包括观测、计算、存储、传输等不同领域不同特性的资源，并通过这些资源的合作，服务于观测侦查、数据传输等多种多样的任务类型和具体目标，从而使得各项任务能够高效、有序的完成，良好的资源管理模型将极大的辅助整个过程的优化和决策。针对卫星网络资源管理的模型的研究，现有的方法主要面临卫星网络资源形式多样，对资源描述不全面；卫星网络任务属性具有差异性和多样性，卫星协同工作编排复杂；模型考虑优化目标及优化约束目标不全面等问题。这些问题导致任务资源表征不充分、任务资源匹配复杂度较高、求解空间大，进而影响整体资源利用率。针对上述问题，建立能够统一化描述卫星网络系统任务需求与资源匹配关系的模型，辅助卫星网络系统实现不同资源的高效管理和调配具有极高研究价值。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种面向任务服务的卫星网络资源管理模型及构建方法。实现本专利技术的技术方案是：通过针对任务目标、卫星网络资源能力和服务能力等进行表示，确定任务、资源与服务之间的逻辑关系，进而依托网络系统中设备实体的物理链路来描述资源节点之间的逻辑连接关系，最终形成资源管理逻辑图模型。基于构建的资源管理逻辑图模型，可以将卫星网络中的所有资源与其间逻辑关系整体体现，便于利用图论数学理论的分析方法形成面向任务服务的高效资源分配方案。进一步，构建面向任务服务的卫星网络资源管理模型(TRS模型)的步骤如下：步骤一，将卫星网络系统整个资源管理和任务服务的过程分为提出任务目标、网络系统能够提供的资源总量、以及形成的服务结果，分别形成任务(Task)、资源(Resource)、服务(Service)三个部分。这三个部分之间具有的逻辑流向上的因果推进链接关系，被表现为从任务目标T到网络系统具备的资源能力R到系统形成的服务S的单向链路，用以体现网络系统资源面向任务服务的管理过程。步骤二，根据任务目标，针对虚拟构建任务T、服务S两个逻辑源、汇节点，对任务T的需求功能AT、需求性能PT、约束条件CT和服务S的服务性能Ps进行数学表示；步骤三，基于卫星网络系统的实体节点，确定逻辑资源中的资源节点Rk(是网络中所有节点的集合)，并对资源节点Rk的资源能力资源性能约束条件进行数学表示；步骤四，根据任务需求功能AT、各个资源节点功能的匹配情况，以及任务约束条件CT与各个资源节点约束条件确定源节点与资源节点之间输入源链路eT，i、以及资源节点与汇节点之间的输出汇链路ej，s，其中进一步对输入源链路和输出汇链路进行说明如下：当网络资源节点i代表的网络系统实体与逻辑源节点T代表的任务起始之间具有直接承接关系时，从源节点T到资源节点Ri之间存在的单向逻辑链路被定义为输入源链路eT，i；当网络资源节点j代表的网络系统实体与逻辑汇节点S代表的服务结束之间具有直接承接关系时，定义从资源节点Rj到汇节点S之间的单向逻辑链路为输出汇链路；步骤五，基于卫星网络系统物理链路连接关系，确定资源节点间的节点链路ep，q，其中为网络中存在物理链路连接的节点；步骤六，建立TRS逻辑网络图，表示为G＝G(V，E)，其中V＝{T，S，Rk|k＝1，2，...，n}表示由源节点、汇节点与资源节点共同形成的逻辑节点集合，n为实体设备映射的资源节点数量；E＝{eT，i，ej，S，ep，q|i，j，p，q＝1，2，...，n}表示包括源链路、汇链路和节点链路的逻辑链路(边)集合。进一步，所述步骤二中卫星网络中的任务需求T和服务达成S的具体参数：AT＝{aT1，aT2，......}表示任务对功能的需求的集合，其中aTi＝0/1表示针对定义的某种任务是否存在要求；PT＝{pT1，pT2，......}表示任务对性能要求的集合，其中pTi为对应需求功能aTi的要求性能量；CT＝{cT1，cT2，......}表示任务要求约束条件的集合，其中cTi为任务要求的限制条件，如允许协作、允许分流；Ps＝{pS1，pS2，......}表示任务最终达到的服务性能的集合，其中pSi为对应任务需求功能αTi形成的服务性能量。进一步，所述步骤三中卫星网络中的资源能力的具体参数：表示节点k资源能力的集合，其中表示针对定义的某种任务资源是否具有能力；表示节点k资源性能指标的集合，其中为对应资源具备功能的能力性能量；表示节点k资源约束条件的集合，其中为资源工作时存在的限制条件，如允许资源转换、允许资源分割。到此，TRS逻辑网络图构建完成。本专利技术与现有技术相比具有以下优点：本专利技术提出了一种通用的面向任务服务的资源管理模型，为原型提供了简洁的形式化语言，可以对卫星网络系统任务需求、资源能力、服务性能进行统一化描述，并形成数学图结构，便于对系统整体资源管控和分配。附图说明图1是本专利技术实施例提供的面向任务服务的卫星网络资源管理模型的构建方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的TRS逻辑模型图。图3本专利技术实施例提供的TRS逻辑模型中的资源节点示意图。图4本专利技术实施例提供的TRS逻辑网络图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。本专利技术实施例提供的面向任务服务的卫星网络资源管理模型为：如图1所示，本专利技术实施例提供的面向任务服务的卫星网络资源管理模型的构建方法包括以下步骤：S101：首先分析任务目标、卫星网络资源能力和服务能力，对资源管理服务过程进行建模；S102：其次依托于实际网络系统中的设备实体节点之间的物理链路，对其进行网络化建模；S103：最后对面向任务服务的资源管理问题进行数学化表示，最终形成卫星网络资源管理模型(TRS模型)。下面结合附图对本专利技术的应用原理作进一步的描述。在本专利技术的优选实施例中，根据本专利技术的提出的面向任务服务的卫星网络资源管理的TRS模型，具体包括以下步骤：步骤一，将卫星网络系统整个资源管理和任务服务的过程分为提出任务目标、网络系统能够提供的资源总量、以及形成的服务结果，分别形成任务(Task)、资源(Resource)、服务(Service)三本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向任务服务的卫星网络资源管理模型，其特征在于，所述面向任务服务的卫星网络资源管理模型包括：针对整个服务过程分别将提出任务目标、网络系统为任务提供资源总量、以及形成的服务结果形成任务Task、资源Resource、服务Service三个部分；三个部分之间具有的逻辑流向上因果推进的链接关系，被表现为从任务目标T到网络系统具备的资源能力R到系统形成的服务S的单向链路，体现网络系统资源面向任务服务的管理过程；将卫星网络中的所有资源与它们的逻辑关系整体体现，并利用图论数学理论的分析方法形成面向任务服务的高效资源分配方案。

【技术特征摘要】
1.一种面向任务服务的卫星网络资源管理模型，其特征在于，所述面向任务服务的卫星网络资源管理模型包括：针对整个服务过程分别将提出任务目标、网络系统为任务提供资源总量、以及形成的服务结果形成任务Task、资源Resource、服务Service三个部分；三个部分之间具有的逻辑流向上因果推进的链接关系，被表现为从任务目标T到网络系统具备的资源能力R到系统形成的服务S的单向链路，体现网络系统资源面向任务服务的管理过程；将卫星网络中的所有资源与它们的逻辑关系整体体现，并利用图论数学理论的分析方法形成面向任务服务的高效资源分配方案。2.一种如权利要求1所述面向任务服务的卫星网络资源管理模型的构建方法，其特征在于，所述面向任务服务的卫星网络资源管理模型的构建方法包括：步骤一，将卫星网络系统整个资源管理和任务服务的过程分为提出任务目标、网络系统能够提供的资源总量、以及形成的服务结果，分别形成任务(Task)、资源(Resource)、服务(Service)三个部分。这三个部分之间具有的逻辑流向上的因果推进链接关系，被表现为从任务目标T到网络系统具备的资源能力R到系统形成的服务S的单向链路，用以体现网络系统资源面向任务服务的管理过程。步骤二，根据任务目标，针对虚拟构建任务T、服务S两个逻辑源、汇节点，对任务T的需求功能AT、需求性能PT、约束条件CT和服务S的服务性能Ps进行数学表示；步骤三，基于卫星网络系统的实体节点，确定逻辑资源中的资源节点Rk(是网络中所有节点的集合)，并对资源节点Rk的资源能力资源性能约束条件进行数学表示；步骤四，根据任务需求功能AT、各个资源节点功能的匹配情况，以及任务约束条件CT与各个资源节点约束条件确定源节点与资源节点之间输入源链路eT，i、以及资源节点与汇节点之间的输出汇链路ej，S，其中进一步对输入源链路和输出汇链路进行说明如下：当网络资源节点i代表的网络系统实体与逻辑源节点T代表的任务起始之间具有直接承接关系时，从源节点T到资源节点Ri之间存在的单向逻辑链路被定义为输入源链路eT，i；当网络资源节点j代表的网络系统实体与逻辑汇节点S代表的服务结束之间具有直接承接关系时，定义从资源节点Rj到汇节点S之间的单向逻辑链路为输出汇链路；步骤五，基于卫星网络系统物理链路连接关系，确定资源节点间的节点链路ep，q，其中为网络中存在物理链路连接的节点；步骤六，建立TRS逻...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勤，翟伟亭，黄鹏宇，迟凯，赵瑾，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，中国电子科技集团公司第二十研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61