集中式星间数据传输任务的自主调度方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种集中式星间数据传输任务的自主调度方法及系统，采用星间低速数据网络实时交互任务指控和反馈信息，由从星在成像任务结束星上处理完毕后，生成用于星间传输任务的时段需求，通过星间低速数据网络向主星提出申请，主星接收从星高速数据任务规划自主调度，综合考虑主星对从星一对多接收的约束，进行传输冲突消解、高速数据传输任务规划，并将包含星间高速数据链路通道分配、时段分配的规划结果，经星间低速数据网络发送给从星，从星接收任务调度，在主星指定的时间段，经星间高速数据链路通道向主星发送数据。解决了地面任务调度所面临的计划调度周期长、管控链条长、时效性欠佳地等问题，提高了多星系统的时效性。

Autonomous scheduling method and system for centralized inter satellite data transmission tasks

【技术实现步骤摘要】
集中式星间数据传输任务的自主调度方法及系统
本专利技术涉及多航天器间协同的任务规划领域，具体地，涉及一种集中式星间数据传输任务的自主调度方法及系统。
技术介绍
随着在轨卫星数目的持续增加，卫星能力需求的持续升级，大规模的组网卫星、编队卫星应运而生，提出了多星协同、星间互联、数据传输及星上数据智能处理的新要求。对地观测任务的组网或编队卫星，通常包含成像卫星和智能卫星，成像卫星在成像任务执行后，通常会提取图像中的地物、船只、区域切片数据，执行图像或信号的在轨实时处理，得到对切片数据的特征描述，成像卫星将切片数据连同特征描述信息一同打包，经星间链路传输至智能卫星，智能卫星对多星数据进行集中汇集并处理，得到对特定区域或全球范围的高级描述和认知。智能卫星通常受星间通信带宽、通道数量、切换时间、指向范围、开机时长等约束，一定时间段只能接收有限颗卫星的数据，需要进行星间数据传输的任务规划调度。传统的卫星管控由地面统一调度，由于测控链路可见时间有限、计划调度周期长、管控链条长、时效性欠佳等原因，无法应对高动态变化的在轨多数据传输任务实时调度的协同时效性差、传输冲突的问题。对比同类已公开方法：一种卫星成像与传输的联合任务规划方法(专利文献，CN105426964A)，从卫星成像传输一体的全局的角度进行规划计算,从而能提供更优化的自动化规划服务。本申请与其有以下明显不同：1)任务背景不同，本申请面向多星协同星间传输，对比专利面向单星对地传输；2)算法不同：本申请利用启发式规则算法更有利于星上实现，对比专利采用遗传粒子群等优化算法，暂无法在卫星上使用；3)处理流程不同，本申请包括中枢星任务唤醒、成员星反馈，中枢星规划结果分发，成员星执行等全过程，对比专利则为单星内部任务处理，有成像规划、下传规划等计算过程，未包含全流程。对比同类已公开方法：基于任务拆分聚合的数据中继卫星系统任务规划方法(专利文献，108053051A)，对网络中的任务进行拆分与聚合；对预处理后的任务构建可行解序列；对构建的可行解进行局部搜索，输出任务规划结果。本申请与其有以下明显不同：1)任务背景不同，本申请面向编队协同融合数据传输，对比专利面向中继星接收任务；2)窗口规划调度方法不同，本申请采用多星申请窗口基于到达时间、数据量等优先级排序处理方式，同时考虑传输窗口切换余量，主要解决多星传输通道任务衔接冲突问题。对比专利将传输时间较长的任务拆分为多个任务元，传输时间短、调度窗口重合率高且请求卫星位置相近的任务，合并为一个任务元。3)流程时序不同，本申请包括中枢星任务唤醒、成员星反馈，中枢星规划结果分发，成员星执行等全过程，对比专利主要针对算法描述，未提及星间协同时序。综上，目前，尚未见面向智能卫星集中星上处理需求的集中式星间数据传输自主调度相关的方法。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种集中式星间数据传输任务的自主调度方法及系统。根据本专利技术提供的一种集中式星间数据传输任务的自主调度方法，包括：传输任务启动步骤：主星启动星间高速数据传输任务，读取任务信息，启动星上自主任务调度；星间任务发起步骤：主星发起协同任务，将任务信息写入数据包，经星间低速数据网络向从星发送；从星响应任务步骤：从星接收到主星发送的任务信息后，若有数据传输需求，则启动星上数据处理并打包，计算与主星链路可见时段，估计星上处理及准备时间，根据数据量和传输速率，估计传输时长，生成星间传输任务的反馈信息；从星任务反馈步骤：从星将反馈信息写入数据包，经星间低速数据网络发送至主星；主星任务规划步骤：主星接收从星的反馈信息，按接收通道分组处理，对每个通道的从星窗口申请，进行数据合法性检验，新窗口与已有窗口冲突消解，生成一次规划调度结果，循环往复；规划结果分发步骤：主星将规划调度结果写入数据包，经星间低速数据网络发送至从星；从星指令生成步骤：从星解析主星发送来的数据包，生成相应通道开关及传输的延时指令链，插入从星指令队列，等待执行；主星指令生成步骤：主星根据生成的各通道接收窗口占用情况，进行窗口合并，以合并后的窗口，生成通道接收开关的延时指令链，插入主星指令队列，等待执行；数据传输执行步骤：主从星分别在延时指令触发时刻，执行星间高速数据通道的控制指令，执行数据收发。优选地，星间高速数据传输任务由遥控或程控启动，任务信息包含：主星开放的接收通道数量n及编号i、各通道开放的起始时间Ts_i及截止时间Te_i。优选地，星间任务发起步骤中，任务信息还包含：星间高速数据传输任务启动标志flag_z、任务开始时刻T0、任务持续时长dt、主星轨道信息，其中T0小于等于任一Ts_i，i＝1…n，T0+dt大于等于任一Te_i，主星轨道信息用于从星预推计算可与主星建链的指向和时间窗口。优选地，所述反馈信息包括：准备好状态标志flag_c、从星编号sat_id、申请主星接收通道编号i，可传输窗口前沿t_ready、传输时长t_pass或可传输窗口后沿t_END。优选地，主星任务规划步骤在T0～T0+dt时间内，每隔一定时间处理一次，对多个从星同时申请的窗口进行基于一定规则的调度寻优。优选地，所述数据合法性检验包括：剔除数据包异或和校验错误的从星窗口，剔除传输时长超限的从星窗口，剔除结束时间超限的从星窗口。优选地，所述新窗口与已有窗口冲突消解包括：首先取出未规划的从星窗口和已规划有效窗口，分别按照从星窗口前沿时刻t_ready、传输时长t_pass进行排序；依次检测每个新窗口是否能在Ts_i～Te_i时间内，在当前时刻T_now后，插入主星接收时段内，并且和已规划从星窗口无重叠，并相互留有一定余量t_pre。优选地，所述规划调度结果包括：调度结果有效标记flag_p、从星编号sat_id、通道编号i、从星开始传输时刻t_start、从星结束传输时刻t_end；通道开关及传输的延时指令链根据调度结果有效标记flag_p、读取通道编号i、从星开始传输t_start和结束传输时刻t_end生成。优选地，还包括：传输任务结束步骤：在任务结束时刻，主星和从星执行状态恢复动作。根据本专利技术提供的一种集中式星间数据传输任务的自主调度系统，包括：传输任务启动模块：主星启动星间高速数据传输任务，读取任务信息，启动星上自主任务调度；星间任务发起模块：主星发起协同任务，将任务信息写入数据包，经星间低速数据网络向从星发送；从星响应任务模块：从星接收到主星发送的任务信息后，若有数据传输需求，则启动星上数据处理并打包，计算与主星链路可见时段，估计星上处理及准备时间，根据数据量和传输速率，估计传输时长，生成星间传输任务的反馈信息；从星任务反馈模块：从星将反馈信息写入数据包，经星间低速数据网络发送至主星；主星任务规划模块：主星接收从星的反馈信息，按接收通道分组处理，对每个通道的从星窗口申请，进行数据合法性检验，新窗口本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集中式星间数据传输任务的自主调度方法，其特征在于，包括：/n传输任务启动步骤：主星启动星间高速数据传输任务，读取任务信息，启动星上自主任务调度；/n星间任务发起步骤：主星发起协同任务，将任务信息写入数据包，经星间低速数据网络向从星发送；/n从星响应任务步骤：从星接收到主星发送的任务信息后，若有数据传输需求，则启动星上数据处理并打包，计算与主星链路可见时段，估计星上处理及准备时间，根据数据量和传输速率，估计传输时长，生成星间传输任务的反馈信息；/n从星任务反馈步骤：从星将反馈信息写入数据包，经星间低速数据网络发送至主星；/n主星任务规划步骤：主星接收从星的反馈信息，按接收通道分组处理，对每个通道的从星窗口申请，进行数据合法性检验，新窗口与已有窗口冲突消解，生成一次规划调度结果，循环往复；/n规划结果分发步骤：主星将规划调度结果写入数据包，经星间低速数据网络发送至从星；/n从星指令生成步骤：从星解析主星发送来的数据包，生成相应通道开关及传输的延时指令链，插入从星指令队列，等待执行；/n主星指令生成步骤：主星根据生成的各通道接收窗口占用情况，进行窗口合并，以合并后的窗口，生成通道接收开关的延时指令链，插入主星指令队列，等待执行；/n数据传输执行步骤：主从星分别在延时指令触发时刻，执行星间高速数据通道的控制指令，执行数据收发。/n...

【技术特征摘要】
1.一种集中式星间数据传输任务的自主调度方法，其特征在于，包括：
传输任务启动步骤：主星启动星间高速数据传输任务，读取任务信息，启动星上自主任务调度；
星间任务发起步骤：主星发起协同任务，将任务信息写入数据包，经星间低速数据网络向从星发送；
从星响应任务步骤：从星接收到主星发送的任务信息后，若有数据传输需求，则启动星上数据处理并打包，计算与主星链路可见时段，估计星上处理及准备时间，根据数据量和传输速率，估计传输时长，生成星间传输任务的反馈信息；
从星任务反馈步骤：从星将反馈信息写入数据包，经星间低速数据网络发送至主星；
主星任务规划步骤：主星接收从星的反馈信息，按接收通道分组处理，对每个通道的从星窗口申请，进行数据合法性检验，新窗口与已有窗口冲突消解，生成一次规划调度结果，循环往复；
规划结果分发步骤：主星将规划调度结果写入数据包，经星间低速数据网络发送至从星；
从星指令生成步骤：从星解析主星发送来的数据包，生成相应通道开关及传输的延时指令链，插入从星指令队列，等待执行；
主星指令生成步骤：主星根据生成的各通道接收窗口占用情况，进行窗口合并，以合并后的窗口，生成通道接收开关的延时指令链，插入主星指令队列，等待执行；
数据传输执行步骤：主从星分别在延时指令触发时刻，执行星间高速数据通道的控制指令，执行数据收发。


2.根据权利要求1所述的集中式星间数据传输任务的自主调度方法，其特征在于，星间高速数据传输任务由遥控或程控启动，任务信息包含：主星开放的接收通道数量n及编号i、各通道开放的起始时间Ts_i及截止时间Te_i。


3.根据权利要求2所述的集中式星间数据传输任务的自主调度方法，其特征在于，星间任务发起步骤中，任务信息还包含：星间高速数据传输任务启动标志flag_z、任务开始时刻T0、任务持续时长dt、主星轨道信息，其中T0小于等于任一Ts_i，i＝1…n，T0+dt大于等于任一Te_i，主星轨道信息用于从星预推计算可与主星建链的指向和时间窗口。


4.根据权利要求1所述的集中式星间数据传输任务的自主调度方法，其特征在于，所述反馈信息包括：准备好状态标志flag_c、从星编号sat_id、申请主星接收通道编号i，可传输窗口前沿t_ready、传输时长t_pass或可传输窗口后沿t_END。


5.根据权利要求1所述的集中式星间数据传输任务的自主调度方法，其特征在于，主星任务规划步骤在T0～T0+dt时间内，每隔一定时间处理一次，对多个从星同时申请的窗口进行基于一定规则的调度寻优。


6.根据权利要求1所述的集中式星间数据传输...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔本杰，范凯，王壮，陈占胜，邓武东，游月辉，张国强，周长昱，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31