一种基于高中低轨融合任务调度与监测系统及方法与流程

本发明涉及一种基于高中低轨融合任务调度与监测系统及方法，属于卫星通信。

背景技术：

1、传统的地面接收装置通常采取固定式基带处理架构。由天线单元、基带单元、任务调度单元和数据处理单元组成。系统由多条并行的、独立的信号处理链组成。天线单元接收卫星射频信号，将下变频后的信号发送给对应连接的基带单元通道；基带单元通常采用多通道，预先加载好处理能力，接收固定波形信号；任务调度单元，根据任务对应的卫星，启用/禁用某个已经固定连接的通道；数据处理单元接收来自基带解调后的信号，进行进一步数据处理。该模式下，基带单元虽集成了多个物理通道，但每个通道的处理能力通常由专用fpga逻辑核等固定实现，硬件固化，不可由软件重新配置。资源分配本质上是将固定能力通道与固定任务进行静态捆绑，无法通过软件加载改变核心处理模式。其调度逻辑基于静态的“能力-任务”匹配表，静态的将任务指派给具备对应固定处理能力的特定基带通道。调度和系统处理能力有限，如果要处理一种新信号波形，必须物理更换或添加具有相应固化能力的基带板卡。

2、在高中低轨融合星座系统中，卫星包括高轨地球静止轨道（geo）卫星、中轨（meo）卫星和低轨（leo）卫星，这些卫星具有不同的轨道特性：高轨卫星覆盖范围广、相对地面静止，但信号延迟较大；低轨卫星移动速度快、覆盖范围小但延迟低；中轨卫星介于两者之间。不同于传统的卫星系统，高中低轨融合星座系统，卫星体量庞大，且异构性强。传统的地面接收装置，基带的处理能力和卫星的绑定关系是固定的，一套地面接收装置只能处理某几颗卫星的数据业务，系统容量低，资源利用不充分，无法满足日益增长的多星任务的要求，尤其在融合系统中，无法灵活适应不同轨道卫星的任务，展现出一定劣势：资源僵化，通道能力预先固化，无法适应多样化和快速变化的信号处理需求；资源碎片化，即使多个通道处于空闲状态，只要其固定能力与当前需求不匹配，就无法被有效利用，导致资源限制与短缺并存；升级与维护复杂，引入新信号波形需要更换或新增硬件板卡（通道），成本高、周期长；系统敏捷差，任务调度是一种静态映射管理，静态的将任务指派给具备对应固定处理能力的特定基带通道。使得任务调度和资源管理更加复杂。

3、同时，随着用户数量增加，地面接收装置会收到不同优先级用户下发的任务，若检测到任务冲突，调度单元需做出决策，保障高优先级业务的服务质量，且快速响应。一般情况，会多次遍历用户级别、任务时域等，进行任务优先级排序和丢弃，程序的时间复杂度高，需要更高效的调度策略。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于高中低轨融合任务调度与监测系统及方法，实现了通道波形的动态加载和释放。

2、本发明采用的技术方案为：

3、本发明公开了一种基于高中低轨融合任务调度与监测系统，包括：接收矩阵、基带单元、波形资源池、任务调度单元和数据处理单元；其中，

4、接收矩阵，接收卫星射频信号，经过信号放大、下变频处理后，将处理后的射频信号传递给基带单元；

5、基带单元，根据波形资源池提供的波形参数，对处理后的射频信号进行解调处理，得到基带信号，传递给数据处理单元；

6、数据处理单元，对基带信号，进行数据恢复和转发处理；

7、任务调度单元，接收来自外部的用户下发的任务信息，根据任务信息和系统的资源占用情况，进行任务调度，向波形资源池发送波形加载指令；

8、波形资源池，根据所述波形加载指令，选择相应的波形参数，向基带单元提供波形参数。

9、本发明公开了一种基于高中低轨融合任务调度与监测方法，包括：

10、根据任务卫星，创建任务表；

11、根据任务表，计算综合优先级；

12、根据任务执行时间和综合优先级，更新任务表；

13、根据更新后的任务表，采用睡眠唤醒机制检测通道状态，得到每个通道的唤醒时间；

14、根据每个通道的唤醒时间，得到下次睡眠唤醒的唤醒时刻；

15、到达唤醒时刻，扫描通道状态和任务进度，进行基带资源的加载和释放。

16、进一步地，在上述方法中，根据任务卫星，创建任务表，具体为：

17、建立n个卫星任务表satellite_list[i] ，i = 1, 2, …, n，n为高中低轨融合系统中可用卫星的个数；卫星任务表中的任务信息为：任务综合业务优先级prior、任务创建时间、任务开始时间和任务结束时间。

18、进一步地，在上述方法中，所述综合优先级，具体为：

19、prior = user_prior<<28 + creat_time

20、其中，user_prior为任务的用户优先级，creat_time为任务创建时间， prior为综合优先级，<<28表示左移28位。

21、进一步地，在上述方法中，所述根据任务执行时间和综合优先级，更新任务表，具体为：

22、s51、判断任务计数是否小于基带的可用通道数，若是，则进入步骤s52，否则，进入步骤s53；

23、s52、判断通道i的状态是否为空闲，若是，则加入新任务，进入步骤s53；否则，寻找下一个通道i+1，重复步骤s52；

24、s53、根据任务执行时间和综合优先级，更新任务表。

25、进一步地，在上述方法中，根据任务执行时间和综合优先级，更新任务表，具体为：

26、s61、按任务开始时间，对任务表中的任务按照先后执行顺序进行排序；

27、s62、判断新的任务与任务表中的任务是否存在时域冲突，若否，则加入任务表；若是，进入步骤s63；

28、s63、判断新的任务的综合优先级是否大于任务表中时域冲突的任务的综合优先级，若是，则删除任务表中时域冲突的任务的综合优先级，加入新的任务；否则，删除新的任务。

29、进一步地，在上述方法中，所述采用睡眠唤醒机制检测通道状态，具体为：

30、获取当前时间和任务开始时间；

31、任务开始时间减去基带资源加载时长，得到任务准备时间；

32、遍历待执行任务表at_running_worker[i]，i = 1, 2, …, n， n为基带的可用通道数；

33、若当前时间小于任务准备时间，置通道i的状态为等待, 通道i的唤醒时间为当前时间加睡眠时间t；

34、若当前时间等于任务准备时间，置通道i的状态为准备中，锁定通道i，加载对应卫星波形，向波形资源池发送该卫星波形的加载指令，波形资源池将该波形的解调参数发送给通道i，通道i完成解调参数配置，通道i的唤醒时间更新为任务开始时间；

35、若当前时间在任务准备时间和任务开始时间之间，置通道i的状态为准备中，通道i的资源持续锁定，通道i的唤醒时间为任务开始时间；

36、若当前时间在任务开始时间和任务结束时间之间，置通道i的状态为执行中，通道i的资源持续锁定，通道i的唤醒时间更新为任务结束时间；

37、若当前时间大于等于任务结束时间，置通道i的状态为等待，释放通道i锁定的基带资源，通道i恢复空闲，通道i的唤醒时间更新为当前时间加睡眠时间t。

38、进一步地，在上述方法中，所述更新唤醒时刻，具体为：取所有通道的唤醒时间的最小值，为下次睡眠唤醒的唤醒时刻。

39、本发明与现有技术的有益效果在于：

40、（1）本发明动态建立卫星任务表，根据不同卫星建立任务列表，确保多星任务并行执行。

41、（2）本发明采用基带资源池化机制，将基带处理能力存储于资源池，由任务调度单元调配，实现了通道波形的动态加载和释放，解决了通道能力固化、系统容量低和的问题，降低设备的硬件成本。

42、（3）本发明采用任务综合优先级的机制，算法，将任务用户级别和任务创建时间通过特定算式合并成1个维度，只需单次遍历，即可完成优先级排序，降低了程序的时间复杂度，提高了响应时间。

43、（4）本发明采用任务冲突丢弃策略，依据综合优先级，丢弃低级别任务，保障用户任务的服务质量。

44、（5）本发明采用睡眠唤醒检测机制，实现任务调度和实时计划调整，充分利用空闲通道，解决了资源僵化，碎片资源无法充分利用的问题。

45、（6）本发明动态建立卫星任务表，考虑不同轨道卫星的特性，根据任务信息计算综合优先级，设计依据综合优先级的冲突丢弃策略，基带资源池化，存储高中低轨各星座波形，由调度单元动态实时加载通道波形，适应不同卫星的通信需求，设计睡眠唤醒机制锁定和释放通道的基带资源，设计依据基带可用通道数实时调整任务表的策略。