天地一体化信息网络中多源数据融合处理方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种天地一体化信息网络中多源数据融合处理方法及系统，包括：天地一体化信息网络根据逻辑管理层次进行网络状态和资源实时管控；地面控制中心将一定时间内获取的多个任务进行切分，并根据任务间关系进行融合构成一个多任务执行图；对多任务执行图进行子任务的分组及抽象，并经过序列化后形成全序抽象任务图；地面控制中心依据所管控网络域的网络视图以及序列化后的抽象任务图进行处理路径规划，并对抽象任务进行最小代价部署规划；控制层中控制器将收到的抽象任务进行拆分，并进行处理路径规划和任务部署规划；执行层在接收到子任务后，按照控制节点下发的计算策略和流表进行任务的计算和传输；并将传算结果返回至用户。果返回至用户。果返回至用户。

【技术实现步骤摘要】
天地一体化信息网络中多源数据融合处理方法及系统


[0001]本专利技术涉及任务处理、数据传输领域，具体地，涉及天地一体化信息网络中多源数据融合处理方法及系统，更为具体地，涉及软件定义天地一体化网络中多源数据融合处理方法及系统。

技术介绍

[0002]天地一体化信息网络是一个综合了天基和地基网络的庞大而复杂的网络架构，其中天基网络主要由运行在不同轨道的各类卫星(通信卫星、遥感卫星和导航卫星等)和多种近地飞行器组成，地基网络主要由地面互联网和移动通信网组成。天地一体化的主要目标是为全球用户提供低延时、高带宽的通信服务，实现全球跨时空网络的互联互通，优化网络资源的使用。
[0003]软件定义网络技术是一种新兴的网络管理方法，可实现动态、高效的网络配置，改善整个网络的性能。传统网络的静态体系结构分散且复杂，而对于所有网络来说，都需要更强的灵活性和更容易的控制方法，SDN通过将网络数据包(数据平面)的转发过程与路由决策过程(控制平面)分离，来将网络智能集中在一个网络组件中。天地网采用软件定义网络的架构和天地协同传输方案来实现天地网络资源的高度融合，从而优化整个网络资源的共享，通过星间、星地和地面网络链路为规模巨大和分散较广的用户提供跨时空、跨平台的优质网络业务。
[0004]天地一体化网络中，节点间能力参差不齐，同时在该网络中各种类型的任务浩如烟海，现有的天地一体化信息网络架构缺少对任务的分布式动态处理技术。具体来说，现有的天地网传输
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计算架构是将任务所需数据进行采集，并传回数据中心做统一处理。这样的传输
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计算模式忽略了网络中节点的计算能力，导致了较高的传输资源损耗，同时还对数据中心的处理能力有相当的要求。
[0005]专利文献CN110247699B(申请号：201910550797.5)公开了一种在天地一体化网络中实现天地间资源协同调度的方法，涉及云计算
；包括如下步骤：步骤一、建立资源协调调度系统；包括一个资源调度节点和N个天基资源节点；步骤二、资源调度节点接收外部部署新应用资源命令；获取新应用资源的资源占用信息；步骤三、资源调度节点获取各天基资源节点的剩余资源信息；步骤四、将t时刻各天基资源节点Ni剩余资源信息与新应用资源的资源占用信息进行比较，筛选出可用天基资源节点；步骤五、从筛选出的天基资源节点中计算最优天基资源节点，并在该天基资源节点中部署新应用资源；该专利通过建立资源调度系统，接受外部部署的应用并获取其资源占用信息，同时筛选天基资源节点中的最优资源节点，最终在该天基节点中部署该应用。该方法解决了天地网络中资源不均衡的问题。
[0006]“天地一体化网络基于拥塞状态的路径选择算法”，鄢砚军等，《兵器装备工程学报》，2021,42(06)，为了降低拥塞导致的队列时延和传播时延，采用了一种基于星间链路的路由选择算法。该算法基于局部的网络信息，通过模拟退火算法找出源节点和目的节点之
间的链路。但是该方案没有考虑路径选择过程中网络的全局信息，缺乏统一调控。
[0007]“基于SDN的高性能QoS保证低轨卫星星间路由算法”，王奎宇等，《计算机工程》，2021
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18，研究了星间链路的状态信息交互和低轨道卫星的路由计算。其中路由算法通过其提出的权重函数、稳定度函数和负载度函数加权计算得到最优路径，比较适合卫星通信网络资源受限的场景。但是该方案没有考虑数据路由过程中通过任务计算来降低网络负载的可能。
[0008]此外也有其他的基于软件定义天地一体化网络中的传输和计算方案，但是他们所作研究首先没有考虑天地一体化网络中节点管理的层次性，依据这种层次性可以大幅降低路径规划和任务部署的复杂度，另外他们没有考虑天地一体化网络中任务可能存在的相关性，而是对每一个任务都做单独的处理，这样增加了地面控制中心的负载，而且网络资源损耗可进一步降低。

技术实现思路

[0009]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种天地一体化信息网络中多源数据融合处理方法及系统。
[0010]根据本专利技术提供的一种天地一体化信息网络中多源数据融合处理方法，包括：
[0011]步骤S1：天地一体化信息网络根据逻辑管理层次进行网络状态和资源实时管控；
[0012]步骤S2：地面控制中心将一定时间内获取的多个任务进行切分，并根据任务间关系进行融合构成一个多任务执行图；
[0013]步骤S3：对多任务执行图进行子任务的分组及抽象，并经过序列化后形成全序抽象任务图；
[0014]步骤S4：地面控制中心依据所管控网络域的网络视图以及序列化后的抽象任务图进行处理路径规划，并对抽象任务进行最小代价部署规划；
[0015]步骤S5：控制层中控制器将收到的抽象任务进行拆分，并进行处理路径规划和任务部署规划；
[0016]步骤S6：执行层在接收到任务后，按照控制节点下发的计算策略和流表进行任务的计算和传输；并将传算结果返回至用户；
[0017]所述天地一体化信息网络的逻辑管理层次自上而下分为地面控制中心、控制层以及执行层。
[0018]优选地，所述步骤S1采用：基于SDN架构的多层天地一体化网络按照逻辑管理层次自下而上分为执行层、控制层和地面控制层；
[0019]所述地面控制层是地面管理中心，负责管控控制层的多个控制器，获取所有控制域信息；
[0020]所述控制器部署于卫星网络和地面网络，按照控制器管控范围分为多个区域，每个区域由一个控制器管控，控制器管控执行层设备；
[0021]所述执行层由天地一体化网络中的传输和计算节点组成；
[0022]天地一体化网络从下至上对网络状态和资源进行分层管控，执行节点周期性地上传网络状态信息，控制器将所管控区域内节点的网络状态信息进行整合，并将信息发送至地面控制中心。
[0023]优选地，所述步骤S2采用：地面控制中心将一定时间内获取的多个任务进行切分，再依据任务相关性和时延敏感程度进行任务图融合，构成一个多任务执行图。
[0024]优选地，所述步骤S2采用：
[0025]步骤S2.1：地面控制中心针对用户上传的每个任务获取相应的位置信息、任务来源信息以及任务类型信息；
[0026]步骤S2.2：地面控制中心根据任务来源信息和任务类型信息确定任务时延敏感值和任务等待值；
[0027]步骤S2.3：比较任务等待值与时延敏感阈值，当任务等待值大于时延敏感阈值时，则触发步骤S3；当任务等待值小于等于时延敏感阈值时，则触发步骤S2.4；
[0028]步骤S2.4：地面控制中心对N个任务组成的集合T＝{t1,t2,
···
,tN}，根据位置信息和任务来源信息进行分组；
[0029]步骤S2.5：对分组后一组中的所有任务进行任务切分，形成多个任务图，任务图是可执行代码所构成的有向无环图；
[0030]步骤S2.6：按照前置子任务是否相同进行任务图融合；若本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种天地一体化信息网络中多源数据融合处理方法，其特征在于，包括：步骤S1：天地一体化信息网络根据逻辑管理层次进行网络状态和资源实时管控；步骤S2：地面控制中心将一定时间内获取的多个任务进行切分，并根据任务间关系进行融合构成一个多任务执行图；步骤S3：对多任务执行图进行子任务的分组及抽象，并经过序列化后形成全序抽象任务图；步骤S4：地面控制中心依据所管控网络域的网络视图以及序列化后的抽象任务图进行处理路径规划，并对抽象任务进行最小代价部署规划；步骤S5：控制层中控制器将收到的抽象任务进行拆分，并进行处理路径规划和任务部署规划；步骤S6：执行层在接收到任务后，按照控制节点下发的计算策略和流表进行任务的计算和传输；并将传算结果返回至用户；所述天地一体化信息网络的逻辑管理层次自上而下分为地面控制中心、控制层以及执行层。2.根据权利要求1所述的天地一体化信息网络中多源数据融合处理方法，其特征在于，所述步骤S1采用：基于SDN架构的多层天地一体化网络按照逻辑管理层次自下而上分为执行层、控制层和地面控制层；所述地面控制层是地面管理中心，负责管控控制层的多个控制器，获取所有控制域信息；所述控制器部署于卫星网络和地面网络，按照控制器管控范围分为多个区域，每个区域由一个控制器管控，控制器管控执行层设备；所述执行层由天地一体化网络中的传输和计算节点组成；天地一体化网络从下至上对网络状态和资源进行分层管控，执行节点周期性地上传网络状态信息，控制器将所管控区域内节点的网络状态信息进行整合，并将信息发送至地面控制中心。3.根据权利要求1所述的天地一体化信息网络中多源数据融合处理方法，其特征在于，所述步骤S2采用：地面控制中心将一定时间内获取的多个任务进行切分，再依据任务相关性和时延敏感程度进行任务图融合，构成一个多任务执行图。4.根据权利要求3所述的天地一体化信息网络中多源数据融合处理方法，其特征在于，所述步骤S2采用：步骤S2.1：地面控制中心针对用户上传的每个任务获取相应的位置信息、任务来源信息以及任务类型信息；步骤S2.2：地面控制中心根据任务来源信息和任务类型信息确定任务时延敏感值和任务等待值；步骤S2.3：比较任务等待值与时延敏感阈值，当任务等待值大于时延敏感阈值时，则触发步骤S3；当任务等待值小于等于时延敏感阈值时，则触发步骤S2.4；步骤S2.4：地面控制中心对N个任务组成的集合T＝{t1,t2,
···
,t
N
}，根据位置信息和任务来源信息进行分组；步骤S2.5：对分组后一组中的所有任务进行任务切分，形成多个任务图，任务图是可执
行代码所构成的有向无环图；步骤S2.6：按照前置子任务是否相同进行任务图融合；若出现未被融合子任务，增加该任务的任务等待值至预设值，重复触发步骤S2.3至步骤S2.6，直至所有子任务均被融合。5.根据权利要求1所述的天地一体化信息网络中多源数据融合处理方法，其特征在于，所述步骤S3采用：步骤S3.1：根据任务图中子任务执行依赖进行全序分组；步骤S3.2：对分组后的每组子任务进行数据压缩率和资源需求量的抽象；步骤S3.3：将非全序任务图按照数据压缩率进行序列化；所述非全序任务图是任务图中存在子任务的输入输出没有前后关系。6.根据权利要求1所述的天地一体化信息网络中多源数据融合处理方法，其特征在于，所述步骤S4采用：步骤S4.1：确定控制层传输路径源节点和目标节点；步骤S4.2：以路径最小代价为目标规划路径，通过启发式算法迭代计算，每次迭代将一个控制域添加到路由路径，获取最小成本路径；步骤S4.3：以部署代价最小为目标，通过抽象任务部署方法确定抽象任务部署位置。7.根据权利要求1所述的天地一体化信息网络中多源数据融合处理方法，其特征在于，所述步骤S5采用：步骤S5.1：对抽象任务进行拆分，并将多个子任务序列化；步骤S5.2：确定执行层传输路径源节点和目标节点；步骤S5.3：通过启发式算...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐飞龙，郭铭潇，朱燕民，俞嘉地，陈龙，李旭，刘嘉成，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：