一种面向星地通信的数据传输调度优化方法技术

本发明专利技术提供一种面向星地通信的数据传输调度优化方法，建立了卫星数据星地数传模型和卫星数据地面网络传输模型，并提出了双阈值控制的并行遗传算法用于实现全局优化，能够实现卫星数据传输总时间的明显缩短。模型中针对卫星数据星地数传环节地面接收资源有限且分布相对集中等特点，建立了基于冲突消解的卫星数据星地数传模型，实现了在最短时间内将所有卫星数据下传到地面接收站的目标；引入了动态规划算法来求解带时间属性的双背包问题状态转移方程，实现卫星数据合理分配传输链路；通过双阈值控制的并行遗传算法不断迭代更新用于实现卫星数据传输的全局优化，实现各个地面接收站负载均衡。该系统可以应用在星地通信系统当中。当中。当中。

A data transmission scheduling optimization method for satellite ground communication

【技术实现步骤摘要】
一种面向星地通信的数据传输调度优化方法


[0001]本专利技术涉及卫星通信领域，涉及卫星通信方法，具体地涉及一种星地数据传输调度优化的方法。

技术介绍

[0002]随着现代通信技术的发展，卫星网络以其覆盖范围广、通信距离远、传输幵销小且不受地理环境的限制以及组网灵活等特点逐步发展为现代行业的翘楚。随着卫星技术的不断发展，在轨卫星数量不断增加，对卫星数据传输调度的优化需求愈发强烈。
[0003]卫星数据传输问题是指如何为卫星数据合理分配地面接收资源和传输链路资源，以便在最短的时间内将所有的卫星数据传输至数据中心。卫星数据传输问题包括星地数传环节的星地数据传输问题和地面网络传输环节的地面数据传输问题，而星地环节的数据传输问题本质上属于卫星数传调度问题的范畴。为了提高对卫星资源和地面接收站的接收资源、传输链路资源的利用率，常用的方法之一是，规划卫星数据的传输方案，使得所有卫星的全部数据在最短时间内传输至数据中心。这里的最短时间是指，从规划开始传输的时间至所有卫星的全部数据中的最后一组传输至数据中心的时间之间的时间长度。
[0004]双阈值控制并行遗传算法改变了传统算法的模式，设计了父辈相似度阈值和收敛度阈值动态调整变异时间和变异概率。同时，在遗传过程中采取粗粒度并行措施通过收敛度阈值来度量收敛速度，阈值越高，收敛速度越慢，于是可以控制变异概率随着收敛度阈值的增大而增大，既可以提高收敛速度又可以避免算法陷入局部最优。
[0005]我国地面接收站的接收天线不仅数量有限，而且分布相对集中，目前在解决卫星数传调度时，有些学者提出了基于地面站编码的遗传算法以提高算法的寻优能力。他只考虑了星地传输环节调度而没有考虑地面传输环节的调度，势必无法实现各地面接收站负载均衡，最终不仅无法尽快获取卫星数据，还会造成地面网络传输链路资源的浪费。因此如何在最短的时间跨度里，利用最少的空间资源，针对卫星与地面接收站之间的数据接收、地面接收站向数据中心的数据传输一体化综合规划展开研究，使各地面接收站负载均衡，最终实现实现在最短的时间内将所有卫星数据传输至数据中心的目标。这在充分高效利用卫星以及地面接收站资源(包括接收资源和传输链路资源)方面具有重大意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是提供一种面向星地通信的数据传输调度优化方法，能够实现卫星数据传输的全局优化，从而最短时间内获取所有卫星数据充分高效利用卫星以及地面接收站资源。本专利技术目的是通过双阈值控制的并行遗传算法不断迭代更新来对卫星数据传输模型进行求解，提出的一种实现卫星数据传输调度的全局优化方法。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种面向星地通信的数据传输调度优化方法，建立了卫星数据星地数传模型和卫星数据地面网络传输模型，并采用双阈值控制的并行遗传算法用于实现全局优化；建立基于冲突消解的卫星数据星地数传模型，实现了在最短时间内将所有
卫星数据下传到地面接收站的目标；引入了动态规划算法来求解带时间属性的双背包问题状态转移方程，实现卫星数据合理分配传输链路；采用双阈值控制的并行遗传算法不断迭代更新用于实现卫星数据传输的全局优化，实现各个地面接收站负载均衡。
[0008]具体包括：
[0009]1、采用双阈值控制的并行遗传算法对卫星地面接收站的数量进行编码产生初始种群。通过遗传算法生成初始解以及迭代求解卫星数据传输模型，选择优势个体的适应度函数值，达到全局选优的目的。
[0010]2、基于冲突消解的卫星数据星地数传模型和单位时间窗口内下传任务选择背包模型解决星地数传环节的地面接收站天线资源的争用问题，实现了在最短时间内将所有卫星数据下传到各地面接收站的目标。
[0011]3、在地面传输环节以最短时间内将所有数据传输到数据中心为目标建立卫星数据地面传输模型在地面传输环节，以最短时间内将所有数据传输到数据中心为目标建立卫星数据地面传输模型，以对各个数据子集进行独立分析将数据子集的传输问题归约到带时间属性的双背包问题进行求解。
附图说明
[0012]图1是本专利技术卫星数据传输全局优化流程图；
[0013]图2是本专利技术卫星数据星地传输优化流程图；
[0014]图3是本专利技术卫星数据地面网络传输方法流程图；
[0015]图4是本专利技术双阈值控制遗传算法流程图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本专利技术的保护范围并不受具体实施方式的限制。根据本专利技术实施例，提供了一种面向星地通信的数据传输调度优化方法，图1为该方法的所提出的基于双阈值控制的并行遗传算法的卫星数据传输全局优化流程图，包括：
[0017]S1，对原问题进行编码。
[0018]首先由双阈值控制的并行遗传算法对原问题进行编码产生初始种群，由于本专利技术遗传算法采用自然数编码策略，以每个任务为对象进行编码，码元取值1,2,,m，其中m表示地面接收站的数量，因此，基因值直接反映对应任务选择下传的地面接收站，而每条染色体则代表一种卫星数传方案。
[0019]S2，优化卫星数据星地数传模块。
[0020]从规划卫星数传开始，至所有数传任务中最后一个下传到地面接收站截止的最短时间。计算其此次进站对地面接收资源的占用情况以及其下传的数据，依次对后续的卫星进站事件进行分析，为各卫星分配地面接收站的天线，直到所有卫星的星载数据完成下传。
[0021]图2为该方法的所提出的卫星数据星地传输流程图，包括：
[0022]步骤201，设置初值为1，第k次发生卫星过境地面接收站事件，对应的卫星编号为i，地面接收站编号为j。
[0023]步骤202，判断卫星i的数据集是否为空，是则转步骤201，否则转步骤203。
[0024]步骤203，根据卫星i的上一次下传任务结束时间和此次过境地面接收站的进站时间确定卫星i对地面接收站j天线的可用开始时间us
ij
。
[0025][0026]其中j
prior
表示卫星i上一次所过地面接收站编号，in
ij
表示进站时间,de
ij
表示卫星i在地面接收站j下传任务结束时间，同时，更新卫星i对地面接收站j的进站时间shift2表示一颗卫星先后通过相邻的两个地面接收站下传数据时需要预留切换时间。
[0027]步骤204,将所有卫星对地面接收站j的天线可用开始时间U
,j
按先后排序得到假设排序后us
ij
所处位置为loc，则卫星在地面接收站下传任务的开始时间：
[0028][0029]其中，shift1代表一部天线先后接收来自两颗卫星的任务时需要天线的切换时间，NA
i
为第i个地面接收站的天线数量。
[0030]步骤205，计算卫星i此次在地面接收站j下传的任务集为以及所用时间t
ij
在地面接收站j下传任务的结束时间：
[0031]de
ij本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向星地通信的数据传输调度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：建立了卫星数据星地数传模型和卫星数据地面网络传输模型，并采用双阈值控制的并行遗传算法用于实现全局优化；建立基于冲突消解的卫星数据星地数传模型，实现了在最短时间内将所有卫星数据下传到地面接收站的目标；引入了动态规划算法来求解带时间属性的双背包问题状态转移方程，实现卫星数据合理分配传输链路；采用双阈值控制的并行遗传算法不断迭代更新用于实现卫星数据传输的全局优化，实现各个地面接收站负载均衡。2.根据权利要求1所述的一种面向星地通信的数据传输调度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、采用双阈值控制的并行遗传算法对卫星地...

【专利技术属性】
技术研发人员：许海涛，李源，徐佳康，
申请(专利权)人：北京鹏鹄物宇科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：