一种基于变邻域搜索启发式的中继卫星任务调度方法技术

本发明专利技术公开了一种基于变邻域搜索启发式的中继卫星任务调度方法，包括：1、构建卫星调度的数学模型，2、为卫星中的发送设备和接收设备安排初始调度方案，3、采用邻域搜索算子对当前解进行扰动，4、对步骤3扰动后的解进行局部搜索，5、采用模拟退火方式来更新当前解，6、更新迭代次数和最优解。本发明专利技术能够在较短的时间内为中继卫星系统提供合理调度方案，从而能提高中继卫星资源的利用率。高中继卫星资源的利用率。高中继卫星资源的利用率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于变邻域搜索启发式的中继卫星任务调度方法


[0001]本专利技术属于任务调度领域，具体来说是一种考虑多时间窗和双向任务协同的中继卫星任务调度方法。

技术介绍

[0002]中继卫星是通信卫星的一种，它在数据传输方面有着巨大的优势，它能够在近地卫星和地面观测站之间提供数据中继。世界各个大国都致力于中继卫星系统的发展，到目前2021年7月为止，我国已经成功发射5颗中继卫星。中继卫星作为近地卫星和地面观测站之间的信息传输中继，它需要协调数量巨大的信息传输任务，才能够使得有限的中继卫星资源得到合理的利用，因此就需要采用合理的算法来进行中继卫星任务的调度。
[0003]目前现有的求解方法主要集中在精确求解算法和群搜索启发式求解算法。精确求解算法针对小规模的算例能够在有效的时间内求解出精确解，但是针对大规模算例无法在有效的时间内得出合理的方案。群搜索启发式算法在求解的精度上略逊于单点改进的启发式算法。而中继卫星的资源比较紧缺，由于上述问题的存在，中继卫星的资源不能够得到充分的利用。
[0004]于此同时，目前的中继卫星调度问题的研究主要本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于变邻域搜索启发式的中继卫星任务调度方法，其特征是应用于由一个中继卫星与若干个近地卫星进行信息交互的场景中，所述中继卫星内设置有接收设备集合和发送设备集合将中继卫星向近地卫星传输信息的事件记为发任务，且所述发任务由所述发送设备服务；将近地卫星向中继卫星传输信息的事件记为收任务，且所述收任务由所述接收设备服务；将中继卫星和近地卫星同时向对方传输信息的事件记为双向任务，且所述双向任务由所述接收设备和发送设备同时服务；其中，H
p
表示第p个发送设备，R
q
表示第q个接收设备；m1表示发送设备的数量，m2表示接收设备的数量，令由n1个发任务构成的集合记为令由n2个收任务构成的集合记为令由n3个双向任务构成的集合记为其中，表示第i个发任务，表示第j个收任务，表示第k个双向任务；令第i个发任务的个时间窗构成的集合为其中，表示第i个发任务的第w个时间窗；令第j个收任务的个时间窗构成的集合为其中，表示第j个收任务的第w个时间窗；令第k个双向任务的个时间窗构成的集合为其中，表示第k个双向任务的第w个时间窗；所述中继卫星任务调度方法包括以下步骤：步骤1、将集合J3中的每个双向任务均拆分一个发任务和一个收任务，由双向任务拆分后的发任务构成的集合记为由双向任务拆分后的收任务构成的集合记为其中，表示被双向任务拆分出的第k1个发任务，表示表示被双向任务拆分出的第k2个收任务；利用式(1)构建以优先级最高和开始服务时刻最早为目标的卫星任务调度模型：式(1)中，表示第i个发任务的优先级，表示第j个收任务的优先级，表示第k个双向任务的拆分的发任务的优先级，大小等于的优先级；表示第i个发任务的开始服务时刻，表示第j个收任务的开始服务时刻，表示第k个双向任务的拆分成的发任务开始服务时刻，α是归一化系数，是双向任务拆分出的发任务的第k个时间窗；x
ipw
表示发送设备R
p
是否在第i个发任务的第w个时间窗内服务发任务若x
ipw
＝1表示发送设备R
p
服务在第i个发任务的第w个时间窗内服务发任务若x
ipw
＝0表示发送设备R
p
不在第i个发任务的第w个时间窗内服务发任务x
jqw
表示接收设备H
q
是否在第j个收任务的第w个时间窗内服务收任务若x
jqw
＝1表示接收设备H
q
服务在
第j个收任务的第w个时间窗内服务收任务若x
jqw
＝0表示接收设备H
q
不在第j个收任务的第w个时间窗内服务收任务内服务收任务表示发送设备R
p
是否在拆分后的发任务的第w时间窗内服务发任务若表示发送设备R
p
服务在在拆分后的发任务的第w个时间窗内服务发任务若表示发送设备R
p
不在拆分后的发任务的第w个时间窗内服务发任务个时间窗内服务发任务个时间窗内服务发任务式(2)表示每个发任务最多只能由一个发送设备选择一个时间窗服务；式(3)表示每个收任务最多只能由一个接收设备选择一个时间窗服务；式(3)表示每个收任务最多只能由一个接收设备选择一个时间窗服务；式(4)表示双向任务拆分出的发任务只能由一个发送设备选择一个时间窗服务；式(5)表示双向任务拆分出的收任务只能由一个接收设备选择一个时间窗服务；其中，是双向任务拆分出的收任务的第k个时间窗；拆分出的收任务的第k个时间窗；拆分出的收任务的第k个时间窗；拆分出的收任务的第k个时间窗；式(6)表示第i个发任务的时间窗约束，表示第i个发任务的第w个时间窗的左端，表示第i个发任务的第w个时间窗的右端，表示第i个发任务的结束服务时刻；式(7)中S
i
表示第i个发任务的服务时长；式(8)表示第j个收任务的时间窗约束，其中，表示第j个收任务的第w个时间窗的左端，表示第j个收任务的第w个时间窗的右端，表示第j个收任务的结束服务时刻；式(9)中S
j
表示第j个收任务的服务时长；
式(10)表示第k个双向任务的分解出的发任务的时间窗约束；其中，表示第k个双向任务拆分出的发任务第w个时间窗的左端，表示第w个时间窗的右端，表示的开始服务时刻，表示的结束服务时刻；式(11)中S
k
表示第k个双向任务的服务时长；式(12)表示第k个双向任务的分解出的收任务的时间窗约束；其中，表示分解出的收任务的开始服务时刻，表示的结束服务时刻；的结束服务时刻；的结束服务时刻；的结束服务时刻；式(15)和式(16)表示发送设备所服务的任务服务时间不冲突约束；式(17)和式(18)表示接收设备所服务的任务服务时间不冲突约束；步骤2、给每个设备构建可行的服务任务序列以得到初始调度方案X
initiate
：定义调度方案为所有的发送设备和接收设备所服务的任务序列；其中，令第p个发送设备H
p
所服务的任务序列记为L
p
；第q个接收设备R
q
所服务的任务序列记为A
q
；初始化所有的发送设备所服务的任务序列和所有接收设备所服务的任务序列为空集；步骤2.1、给所有发送设备安排所服务的发任务序列：步骤2.1.1、对集合J1中所有发任务按照第一个时间窗的左端进行升序排序，得到排序后的集合J
′1；步骤2.1.2、初始化p＝1；令未被服务的发任务集合记为U1；并初始化U1＝J1；步骤2.1.3、对排序后的集合J
′1依次遍历，并陆续将排序后的每个发送任务插入第p个发送设备H
p
的任务序列末尾，直到插入的发送任务不满足式(6)为止，从而得到第p个发送设备H
p
的任务序列L
p
；步骤2.1.4、从U1中剔除第p个发送设备H
p
的任务序列L
p
中的发任务，得到更新后的发任务集合并赋值给U1；步骤2.1.5、令p+1赋值给p，返回步骤2.1.3顺序执行，直到p＞m1为止，从而得到所有发送设备的任务序列以及未被服务的发任务集合U1；
步骤2.2、给所有接收设备安排所服务的收任务序列：步骤2.2.1、对集合J2中所有收任务按照第一个时间窗的左端进行升序排序，得到排序后的集合J
′2；步骤2.2.2、初始化q＝1；令未被服务的收任务集合记为U2，并初始化U2＝J2；步骤2.2.3、对排序后的集合J
′2依次遍历，并陆续将排序后的每个收任务插入第q个接收设备R
q
的任务序列末尾，直到插入的收任务不满足式(8)为止，从而得到第q个接收设备R
q
的任务序列A
q
；步骤2.2.4、从U2中剔除...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙建成，王世民，袁凯，开彩红，郭嘉琪，徐小明，丁建勋，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：