一种动态弹性卫星波束调度方法与流程

1.本技术涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种动态弹性卫星波束调度方法。


背景技术：

2.利用卫星波束调度技术可以提高用户需求的满足率和卫星波束的使用效率。其中，卫星波束的使用效率体现在时间、空间、频率等三个维度(下文用“时空频三维”代替)。对于未来高、中、低融合的天基信息网络体系下的卫星波束在时空频三维上都具有更多的动态性、复杂性。
3.当前国内外的卫星波束调度技术主要应用在高轨地球同步轨道的中继卫星的波束调度领域，并且主要采用的是预约式卫星波束调度技术。而预设式卫星波束调度技术远远不能满足未来天基信息网络下实时性、动态性的卫星波束的调度需求。当前卫星波束调度方法在时空频三维上存在的不足如下：
4.在时间维度上，预约式任务卫星波束调度需要用户在使用卫星波束之前向卫星波束管理单位提出使用申请，不能满足用户任意时刻提出的使用申请。
5.在空间维度上，高轨地球同步轨道的中继卫星的波束数量和覆盖范围是确定的，因此用户只能在某些区域内得到服务，使得卫星波束在满足用户需求的实时性方面存在一定不足。
6.在频率维度上，所有波束在服务用户时要需要考虑频率复用和同频干扰的问题，固定的频率使用计划会降低频率资源的利用效率。
7.同时应用场景中，即有用户请求数量大的高动态时段，也有用户请求数量小的低动态时段。高动态时段用户请求多、卫星波束调度频次高、计算量大、响应时间长，也会成为制约卫星波束调度动态性和实时性的重要因素，进而影响卫星波束调度整体的使用效率。


技术实现要素：

8.本技术针对现有技术中卫星波束调度整体的使用效率较低的问题，提供了一种动态弹性卫星波束调度方法，本技术实施例所提供的方案中，通过将任务信息根据星历信息处理成符合时空频三维约束下的任务模型和资源模型，在时间、空间、频率三个维度的约束下对卫星波束进行动态弹性调度，既能够提高卫星波束的整体使用效率，还能够降低调度带来的软硬件资源开销。
9.第一方面，本技术实施例提供一种动态弹性卫星波束调度方法，该方法包括：
10.接收用户输入的任务信息以及获取卫星的星历信息，根据所述星历信息对所述任务信息进行处理得到时间、空间以及频率三个维度上的第一任务模型和资源模型；
11.根据预设的触发机制、所述第一任务模型以及所述资源模型在预设的动态弹性调整调度窗口长度上进行卫星波束调度。
12.可选地，根据所述星历信息对所述任务信息进行处理得到时间、空间以及频率三个维度上的第一任务模型和资源模型，包括：
13.确定所述任务信息在时间、空间以及频率三个维度上的第二任务模型；
14.根据所述第二任务模型和所述星历信息计算得到所述第一任务模型和所述资源模型。
15.可选地，所述第二任务模型包括第一时间维度信息、第一空间维度信息和第一频率维度信息，其中，所述第一时间维度信息包括任务起始时间限值、任务结束时间限值和任务预计持续时间，所述第一空间维度信息包括用户业务波束的类型，所述第一频率维度信息包括用户业务波速使用的频率范围。
16.可选地，根据所述第二任务模型和所述星历信息计算得到所述第一任务模型和所述资源模型，包括：
17.根据所述第二任务模型和所述星历信息计算得到所述第一任务模型；
18.根据所述第一任务模型、所述第二任务模型以及所述星历信息计算得到所述资源模型。
19.可选地，所述第一任务模型包括第二时间维度信息、第二空间维度信息和第二频率维度信息，其中，所述第二时间维度信息包括任务待规划起始时间、任务待规划结束时间和任务预计持续时长，所述第二空间维度信息包括可用业务波束类型集合pts，所述第二频率维度信息包括可用业务波束使用的频率范围frs。
20.可选地，所述资源模型包括第三时间维度信息、第三空间维度信息和第三频率维度信息，其中，所述第三时间维度信息包括可用时间集合，所述第三空间维度信息包括满足所述pts的可用波束类型集合br，所述第三频率维度信息包括满足所述frs的可用频率范围集合bf。
21.可选地，所述第一任务模型和所述资源模型满足如下条件：
22.fs≥s
23.fe≤e
24.fe-fs＝td
[0025][0026][0027]
其中，fs表示所述任务待规划起始时间；s表示所述可用时间集合中的起始时间；fe表示所述任务待规划结束时间；e表示所述可用时间集合中的结束时间；td表示任务预计持续时长。
[0028]
可选地，根据预设的触发机制、所述第一任务模型以及所述资源模型在预设的动态弹性调整调度窗口长度上进行卫星波束调度，包括：
[0029]
根据所述预设的触发机制以及所述任务信息判断是否触发卫星波束调度；
[0030]
若触发，则根据所述任务信息确定任务并发量，根据所述任务并发量判断是否须调整所述预设的动态弹性调整调度窗口长度；
[0031]
若须调整，则调整所述预设的动态弹性调整调度窗口长度，根据调整后的调度窗口长度进行卫星波束调度。
[0032]
可选地，所述预设的触发机制，包括：
[0033]
周期性触发和动态触发，其中，所述周期性触发是指满足预设的周期触发时间间隔所触发的卫星波束调度；所述动态触发是指在所述预设的周期触发时间间隔内所触发的
卫星波束调度。
[0034]
可选地，根据所述任务并发量判断是否须调整所述预设的动态弹性调整调度窗口长度，包括：
[0035]
判断所述任务并发量是否等于所述预设的动态弹性调整调度窗口长度；
[0036]
若不等于，则增加或减少所述预设的动态弹性调整调度窗口长度。
[0037]
第二方面，本技术提供一种电子设备，该电子设备，包括：
[0038]
存储器，用于存储至少一个处理器所执行的指令；
[0039]
处理器，用于执行存储器中存储的指令执行第一方面所述的方法。
[0040]
第三方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面所述的方法。
[0041]
本技术实施例所提供的方案与现有技术相比，至少具有如下有益效果：
[0042]
本技术实施例所提供的方案中，通过将任务信息根据星历信息处理成符合时空频三维约束下的任务模型和资源模型，在时间、空间、频率三个维度的约束下对卫星波束进行动态弹性调度，既能够提高卫星波束的整体使用效率，还能够降低调度带来的软硬件资源开销。
附图说明
[0043]
图1为本技术实施例所提供一种动态弹性卫星波束调度方法的流程示意图；
[0044]
图2为本技术实施例所提供的一种动态弹性卫星波束调度方法的操作示意图；
[0045]
图3为本技术实施例所提供的一种动态触发和周期触发结合触发机制时序示意图；
[0046]
图4为本技术实施例所提供的一种时空频三维约束下卫星波束调度结果示意图；
[0047]
图5为本技术实施例所提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0048]
本技术实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
[0049]
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本技术技术方案做详细的说明，应当理解本技术实施例以及实施例中的具体特征是对本技术技术方案的详细的说明，而不是对本技术技术方案的限定，在不冲突的情况下，本技术实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0050]
本技术实施例所提供的一种动态弹性卫星波束调度方法，具体实现方式可以包括以下步骤(方法流程如图1所示)：
[0051]
步骤101，接收用户输入的任务信息以及获取卫星的星历信息，根据所述星历信息对所述任务信息进行处理得到时间、空间以及频率三个维度上的第一任务模型和资源模型。
[0052]
在一种可能实现的方式中，根据所述星历信息对所述任务信息进行处理得到时
间、空间以及频率三个维度上的第一任务模型和资源模型，包括：确定所述任务信息在时间、空间以及频率三个维度上的第二任务模型；根据所述第二任务模型和所述星历信息计算得到所述第一任务模型和所述资源模型。
[0053]
进一步，在一种可能实现的方式中，所述第二任务模型包括第一时间维度信息、第一空间维度信息和第一频率维度信息，其中，所述第一时间维度信息包括任务起始时间限值、任务结束时间限值和任务预计持续时间，所述第一空间维度信息包括用户业务波束的类型，所述第一频率维度信息包括用户业务波速使用的频率范围。
[0054]
具体的，在本技术实施例所提供的方案中，将时间、空间和频率三个维度简称时空频三维。第二任务模型为用户输入的任务信息在时空频三维上的数学模型，该数据模型包括如下内容：
[0055]
(1)、时间维度：任务起始时间限值(ts),任务结束时间限值(te)，任务预计持续时间(td)。
[0056]
(2)、空间维度：用户业务波束的类型(pt)。
[0057]
(3)、频率维度：用户业务波束使用的频段范围(fr)。
[0058]
因此，在本技术实施例所提供的方案中，一个用户所输入的任务信息所对应的第二任务模型可表示为：
[0059]
rt＝{ts,te,td,pr,pt,fr}
ꢀꢀ
(1)
[0060]
其中，rt表示第二任务模型。
[0061]
进一步，在一种可能实现的方式中，根据所述第二任务模型和所述星历信息计算得到所述第一任务模型和所述资源模型，包括：根据所述第二任务模型和所述星历信息计算得到所述第一任务模型；根据所述第一任务模型、所述第二任务模型以及所述星历信息计算得到所述资源模型。
[0062]
进一步，在一种可能实现的方式中，所述第一任务模型包括第二时间维度信息、第二空间维度信息和第二频率维度信息，其中，所述第二时间维度信息包括任务待规划起始时间、任务待规划结束时间和任务预计持续时长，所述第二空间维度信息包括可用业务波束类型集合pts，所述第二频率维度信息包括可用业务波束使用的频率范围frs。
[0063]
具体的，在本技术实施例所提供的方案中，根据星历信息对任务信息进行处理，得到符合时空频三维约束的第一任务模型应该包含以下内容：
[0064]
1)、时间维度：任务待规划起始时间(fs)，任务待规划结束时间(fe)，任务预计持续时间长度(td)。
[0065]
2)、空间维度：根据任务信息和星历信息计算出的可用业务波束类型集合(pts)。
[0066]
3)、频率维度：根据任务信息和星历信息计算出的可用业务波束使用的频率范围集合(frs)。
[0067]
进一步，在一种可能实现的方式中，所述资源模型包括第三时间维度信息、第三空间维度信息和第三频率维度信息，其中，所述第三时间维度信息包括可用时间集合，所述第三空间维度信息包括满足所述pts的可用波束类型集合br，所述第三频率维度信息包括满足所述frs的可用频率范围集合bf。
[0068]
具体的，在本技术实施例所提供的方案中，根据星历信息对任务信息进行处理，得到符合时空频三维约束的资源模型应该包含以下内容：
[0069]
1、时间维度：根据任务信息和星历信息计算出的满足可见时间约束的可用时间集合[s,e]，其中，s为可用时间集合的起始时间，e为可用时间集合的结束时间。
[0070]
2、空间维度：根据任务信息和星历信息计算出的满足(pts)的可用波束类型集合(br)。
[0071]
3、频率维度：根据任务信息和星历信息计算出的满足(frs)可用频率范围集合(bf)。
[0072]
进一步，在一种可能实现的方式中，所述第一任务模型和所述资源模型满足如下条件：
[0073]
fs≥s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0074]
fe≤e
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0075]
fe-fs＝td
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0076][0077][0078]
其中，fs表示所述任务待规划起始时间；s表示所述可用时间集合中的起始时间；fe表示所述任务待规划结束时间；e表示所述可用时间集合中的结束时间；td表示任务预计持续时长。
[0079]
步骤102，根据预设的触发机制、所述第一任务模型以及所述资源模型在预设的动态弹性调整调度窗口长度上进行卫星波束调度。
[0080]
具体的，在本技术实施例所提供的方案中，所述预设的触发机制，包括：
[0081]
周期性触发和动态触发，其中，所述周期性触发是指满足预设的周期触发时间间隔所触发的卫星波束调度；所述动态触发是指在所述预设的周期触发时间间隔内所触发的卫星波束调度。
[0082]
参见图2，为本技术实施例所提供的一种动态弹性卫星波束调度方法的操作示意图。在图2中，根据星历进信息对任务信息进行计算和处理，形成满足时空频三维约束的第一任务模型和资源模型。同时流程开始之后复位周期触发计时器和对第一任务模型及资源模型中发生的动态变化进行动态事件触发判断，如果第一任务模型和资源模型发生的动态变化满足动态触发条件，则进行一次动态触发，并且同时将周期触发计时器复位。如果周期触发计时器达到周期触发间隔，则进行一次周期触发。
[0083]
进一步，在一种可能实现的方式中，根据预设的触发机制、所述第一任务模型以及所述资源模型在预设的动态弹性调整调度窗口长度上进行卫星波束调度，包括：根据所述预设的触发机制以及所述任务信息判断是否触发卫星波束调度；若触发，则根据所述任务信息确定任务并发量，根据所述任务并发量判断是否须调整所述预设的动态弹性调整调度窗口长度；若须调整，则调整所述预设的动态弹性调整调度窗口长度，根据调整后的调度窗口长度进行卫星波束调度。
[0084]
进一步，在一种可能实现的方式中，根据所述任务并发量判断是否须调整所述预设的动态弹性调整调度窗口长度，包括：判断所述任务并发量是否等于所述预设的动态弹性调整调度窗口长度；若不等于，则增加或减少所述预设的动态弹性调整调度窗口长度。
[0085]
作为举例，在图2中，对于无论是动态触发还是周期触发都要对第一任务模型和资
源模型形成的任务并发量进行判断，如果任务并发量过大或者过小都可以调整预设的动态弹性调整调度窗口长度。如果任务并发量适中，无须调整预设的动态弹性调整调度窗口长度，则进行卫星波束调度及生成波束使用计划，并结束本轮操作。
[0086]
进一步，参见图3，为本技术实施例提供的一种动态触发和周期触发结合触发机制时序示意图。作为举例，在图3中，os表示动态触发时刻；pt1表示动态调度需要的调度计算时间；ps1表示动态调度计算完成时刻，ps1-os＝pt；pa表示周期调度时刻，pa-os表示周期调度的间隔；pt2表示周期调度需要的调度计算时间；ps2表示周期调度计算完成时刻，ps2-pa＝pt2；pe1-ps1＝预设的动态弹性调整调度窗口长度；pb-ps2＝周期调度的间隔；pe2-ps2＝预设的动态弹性调整调度窗口长度。具体的，周期触发是与动态触发相关的在每一次动态触发之后都要复位周期触发计时器，只有周期触发计时器达到周期调度间隔之后才会形成一次周期触发。意味着在高动态时段，主要以动态触发为主。在低动态时段，主要是周期触发为主。两种触发结合的触发机制即能满足卫星波束调度的动态性需求，还能通过周期调度来更新调度结果。
[0087]
参见图4，为本技术实施例所提供的一种时空频三维约束下卫星波束调度结果示意图。在图4中，任何一个被成功调度的任务都应该满足时空频三维约束。在时间维度上任务实际执行起始时间a和实际结束时间b即前文中的fs、fe需要满足上述公式(2)(3)(4)的约束，在空间维度上，任务实际使用的波束n需要满足上述公式(5)的约束，在频率维度上，任务实际使用的频率范围e-f需要满足上述公式(6)的约束。
[0088]
本技术实施例所提供的方案中，通过将任务信息根据星历信息处理成符合时空频三维约束下的任务模型和资源模型，在时间、空间、频率三个维度的约束下对卫星波束进行动态弹性调度，既能够提高卫星波束的整体使用效率，还能够降低调度带来的软硬件资源开销。
[0089]
参见图5，本技术还提供一种电子设备，该电子设备，包括：
[0090]
存储器501，用于存储至少一个处理器所执行的指令；
[0091]
处理器502，用于执行存储器中存储的指令执行图1所述的方法。
[0092]
本技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行图1所述的方法。
[0093]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0094]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0095]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0096]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0097]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。