一种航天测控资源自动化分层调度方法与流程

1.本公开实施例涉及航天测控网调度技术领域，尤其涉及一种航天测控资源自动化分层调度方法。


背景技术：

2.随着我国航天事业的发展，测控网不断扩张，在轨卫星不断增多，测控资源的分配和调度问题在测控网运行管理中的重要性日益凸显。由于在航天器运行过程中，存在多种不确定性因素如卫星测控需求变化、突发故障抢救、载荷数据注入时机变化等，要求测控系统在收到新的任务需求后，快速完成测控任务规划、资源调配、空间链路建立、遥控指令加工与发送等工作。作为测控业务的一个关键环节，测控资源调度的自动化调度水平对缩短响应时间，提高测控服务能力发挥着重要的作用。
3.关于上述技术方案，发明人发现至少存在如下一些技术问题：例如天地基测控资源调度的自动化水平低，无法同时满足重要应急任务测控需求，和已有调度计划的最小扰动。
4.因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。
5.需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。


技术实现要素：

6.本公开实施例的目的在于提供一种航天测控资源自动化分层调度方法，进而至少实现在满足重要应急任务测控需求的同时，尽可能满足已有调度计划的最小扰动，快速自动处理动态应急申请需求。
7.本发明的目的采用以下技术方案实现：
8.本发明提供了一种航天测控资源自动化分层调度方法，该方法包括：
9.获取测控任务的申请任务，并对所述测控任务进行分析；
10.根据测控资源与所述测控任务相关联的状态信息分别对所述测控资源进行分层；
11.根据所述测控任务的偏好信息并依据所述分层对所述测控资源的查找及申请的次序进行规划；
12.根据规划好的次序对所述测控资源进行查找或申请。
13.可选地，根据测控资源与所述测控任务相关联的状态信息分别对所述测控资源进行分层，还包括：
14.根据所述测控任务的申请时段内所述测控资源的设备所处的状态进行分层。
15.可选地，所述测控资源包括天基资源和地基资源；并根据已计划资源、空闲资源、可转让资源和可抢占资源分别将所述天基资源和所述地基资源分为四层八类。
16.可选地，根据所述测控任务的偏好信息并依据所述分层对所述测控资源的查找及申请的次序进行规划，还包括：
17.根据所述测控任务对所述天基资源和所述地基资源两者之间的使用偏好规划每层所述天基资源和所述地基资源的查找及申请的次序。
18.可选地，根据所述测控任务的偏好信息并依据所述分层对所述测控资源的查找及申请的次序进行规划，还包括：
19.在根据所述测控任务的申请时段查找到多个空闲资源时，根据所述空闲资源的开始时间并由早到晚的排序规划多个空闲资源的申请次序。
20.可选地，根据所述测控任务的偏好信息并依据所述分层对所述测控资源的查找及申请的次序进行规划，还包括：
21.在查找到多个可转让资源时，根据所述可转让资源的转让次数规划多个可转让资源的申请次序。
22.可选地，根据所述测控任务的偏好信息并依据所述分层对所述测控资源的查找及申请的次序进行规划，还包括：
23.在查找到多个可抢占资源时，根据所述可抢占资源对其他测控任务的影响程度规划多个可抢占资源的申请次序。
24.可选地，根据所述测控任务的偏好信息并依据所述分层对所述测控资源的查找及申请的次序进行规划，还包括：
25.对所述测控资源依据四层八类规划查找次序，并在每次完成查找后对查找到的所述测控资源进行申请。
26.可选地，根据所述测控任务的偏好信息并依据所述分层对所述测控资源的查找及申请的次序进行规划，还包括：
27.对所有分层的所述测控资源都进行查找，并对查找到的所述测控资源的申请次序依据所述分层和所述测控任务的偏好信息进行规划。
28.可选地，根据规划好的次序对所述测控资源进行查找及申请，还包括：
29.当其中任一次序的申请成功时，判定完成所述测控任务的申请任务，并终止后续次序的查找或申请。
30.本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
31.本公开的实施例中，通过上述方法，实现在满足重要应急任务测控需求的同时，尽可能满足已有调度计划的最小扰动，快速自动处理动态应急申请需求。
32.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
33.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1示出本公开示例性实施例中一种航天测控资源自动化分层调度方法的逻辑示意图；
35.图2示出本公开示例性实施例中另一种航天测控资源自动化分层调度方法的流程
示意图；
36.图3示出本公开示例性实施例中另一种航天测控资源自动化分层调度方法的流程示意图；
37.图4示出本公开示例性实施例中另一种航天测控资源自动化分层调度方法的流程示意图；
38.图5示出本公开示例性实施例中另一种航天测控资源自动化分层调度方法的流程示意图；
39.图6示出本公开示例性实施例中另一种航天测控资源自动化分层调度方法的流程示意图；
40.图7示出本公开具体实施例一中天基资源优先的流程示意图；
41.图8示出本公开具体实施例二中地基资源优先的流程示意图；
42.图9示出本公开具体实施例三中天基资源和地基资源混合的流程示意图。
具体实施方式
43.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
44.此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
45.本示例实施方式中首先提供了一种航天测控资源自动化分层调度方法，参考图1中所示，该方法可以包括下述步骤：
46.步骤s101：获取测控任务的申请任务，并对测控任务进行分析；
47.步骤s102：根据测控资源与测控任务相关联的状态信息分别对测控资源进行分层；
48.步骤s103：根据测控任务的偏好信息并依据分层对测控资源的查找及申请的次序进行规划；
49.步骤s104：根据规划好的次序对测控资源进行查找或申请。
50.需要理解的是，在正常执行测控任务时，由于发生多种意外状况，使测控任务不能正常执行，因此，需要为测控任务执行紧急资源申请，也就是测控任务的申请任务。
51.还需要理解的是，测控资源中的天基资源和地基资源是分属于两个不同的系统中的。本调度方法将天基资源和地基资源进行了统筹规划。可以在天基系统或地基系统的基础上应用本调度方法。在应用于天基系统中时，用户的测控任务是将申请任务发给到天基系统中，在应用本调度方法时，查找到天基资源后就不需要进行额外的申请操作，而是由天基系统直接进行分配，当查找到地基资源，还需额外向地基系统发出申请，若申请成功，再反馈给用户。同样的，在应用于地基系统中时，用户的测控任务是将申请任务发给到地基系
统中，在应用本调度方法时，查找到地基资源后就不需要进行额外的申请操作，而是由地基系统直接进行分配，当查找到天基资源，还需额外向天基系统发出申请，若申请成功，再反馈给用户。同样的，若将天基系统和地基系统合并，或同时具有天基系统和地基系统的资源分配的权限，在此基础上应用本调度方法，无论查找到的是天基资源还是地基资源都可以直接为用户的测控任务分配查找到的测控资源，而无需额外的申请流程。同样的，本调度方法也可以独自使用，在此基础上，无论查找到的是天基资源还是地基资源都需要向对应的天基系统或地基系统执行申请流程。
52.还需要理解的是，将测控资源进行分层，可以根据对已有调度计划的扰动程度依次分层。如可以分成已计划资源、空闲资源、可转让资源和可抢占资源四层。也可以分成已计划资源、空闲资源和可见资源三层。也可以分成已计划资源和为计划资源两层。但都是以扰动程度最小的作为第一层，如已计划资源。并在查找和申请时先执行扰动程度最小的第一层，再依次执行扰动程度更高的下一层。例如，依据应急任务的测控需求，按照空闲、抢占的方式优先判断能否采用天基资源满足应急任务测控需求；天基测控资源无法满足时，再依据应急任务的测控需求，按照空闲、转让、抢占的方式判断地基测控资源能否满足应急任务测控需求。
53.还需要理解的是，天基资源的申请可以向中继进行申请，地基资源的申请可以直接向设备进行申请。
54.通过上述方法，通过将控资源按照计划状态进行分层，结合资源偏好信息，实现在满足重要应急任务测控需求的同时，尽可能满足已有调度计划的最小扰动，快速自动处理动态应急申请需求。
55.下面，将参考图1至图9对本示例实施方式中的上述方法的各个步骤进行更详细的说明。
56.在一个实施例中，参考图2所示，步骤s102可以包括下述步骤：
57.步骤s201：根据测控任务的申请时段内测控资源的设备所处的状态进行分层。
58.需要理解的是，测控资源的设备包括各种测控卫星及地面的固定基站和移动基站，且会在测控任务的申请时段内处于不同的工作状态。
59.在一个实施例中，测控资源包括天基资源和地基资源；并根据已计划资源、空闲资源、可转让资源和可抢占资源分别将天基资源和地基资源分为四层八类。需要理解的是，四层八类就是根据申请时段内设备所处计划状态进行资源分层，结合天地基资源不同，分为天基已计划、地基已计划、天基空闲、地基空闲、天基可转让、地基可转让、天基可抢占、地基可抢占。其中，已计划资源为在申请时段内查找已为该测控任务安排好计划的天地基测控资源；空闲资源为在申请时段内查找处于空闲状态的天地基测控资源；可转让资源为在申请时段内查找虽被其他卫星占用，但是占用该设备的卫星可以转让至其他设备的天地基资源；可抢占资源为在申请时段内查找被其他卫星占用，且占用该设备的卫星不可以转让至其他设备，但可以被抢占的天地基资源。
60.在一个实施例中，参考图3所示，步骤s103可以包括下述步骤：
61.步骤s301：根据测控任务对天基资源和地基资源两者之间的使用偏好规划每层天基资源和地基资源的查找及申请的次序。
62.需要理解的是，不同的测控任务对于天基资源或地基资源的使用偏好是不同的。
如，对于低轨任务来说，优先选用天基资源更有利于尽早开展测控；对于部分卫星，具有地基资源使用偏好，可采用优先使用地基资源的自动化调度流程。具体的，查找已为该卫星安排好计划的天地基测控资源，后可根据用户资源使用偏好，决定优先使用已计划天基资源还是优先使用已计划地基资源。另外，还可以根据用户对测控资源的使用偏好规划整体的查找流程，如用户指定天基资源为最优先的资源，可以在查找完已计划天基、空闲天基、可转让天基和可抢占天基后，完全找不到天基资源的情况下才查找地基资源。同样用户指定地基资源为最优先的资源，可以在查找完已计划地基、空闲地基、可转让地基和可抢占地基后，完全找不到地基资源的情况下才查找天基资源。因此，可以更加测控任务的使用偏好，更加灵活的规划查找或申请的次序。
63.在一个实施例中，步骤s103可以包括下述步骤：
64.步骤s302：在根据测控任务的申请时段查找到多个空闲资源时，根据空闲资源的开始时间并由早到晚的排序规划多个空闲资源的申请次序。
65.需要理解的是，查找申请时段内的空闲资源后，存在多个空闲资源时，优选开始时间较早的资源作为该卫星申请到的资源。
66.在一个实施例中，步骤s103可以包括下述步骤：
67.步骤s303：在查找到多个可转让资源时，根据可转让资源的转让次数规划多个可转让资源的申请次序。
68.需要理解的是，若要申请到可转让资源需将占用该设备的卫星转让至其他设备上，因此转让次数越少对已有调度计划的扰动也越小。因此应优先申请转让次数最少的可转让资源。且还可以结合对其他任务的影响程度等因素综合优选。
69.在一个实施例中，步骤s103可以包括下述步骤：
70.步骤s304：在查找到多个可抢占资源时，根据可抢占资源对其他测控任务的影响程度规划多个可抢占资源的申请次序。
71.需要理解的是，可以根据其他测控任务的重要程度，或者当前可抢占资源对其他测控任务的影响，如有些测控任务同时使用两个卫星进行测控，临时使用一个卫星进行测控对原有测控任务的影响并不大。
72.在一个实施例中，参考图4所示，步骤s103可以包括下述步骤：
73.步骤s305：对测控资源依据四层八类规划查找次序，并在每次完成查找后对查找到的测控资源进行申请。
74.需要理解的是，依据天基已计划、地基已计划、天基空闲、地基空闲、天基可转让、地基可转让、天基可抢占、地基可抢占这四层八类，每完成其中一类的查找，就开始以此类查找到的资源进行申请。也就是说，在规划时主要是规划查找的次序，而申请的次序主要是跟随查找的次序。
75.在一个实施例中，参考图5所示，步骤s103可以包括下述步骤：
76.步骤s306：对所有分层的测控资源都进行查找，并对查找到的测控资源的申请次序依据分层和测控任务的偏好信息进行规划。
77.需要理解的是，先把所有能查找到的测控资源都进行查找，再对查找到的每一个测控资源进行排序进行申请。也就是说，不用对查找的次序进行规划，直接规划申请的次序。
78.在一个实施例中，参考图6所示，步骤s104可以包括下述步骤：
79.步骤s401：当其中任一次序的申请成功时，判定完成测控任务的申请任务，并终止后续次序的查找或申请。
80.需要理解的是，每一次对测控资源进行申请时，都会确认申请是否成功。如果成功，则该应急任务申请成功，若申请不成功，则继续查找或申请。另外，在查找满足需求的已计划资源时，如果查找到存在已计划资源，则判断该应急任务申请成功，而无需额外再进行申请。
81.需要说明的是，尽管在附图中以特定顺序描述了本公开中方法的各个步骤，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些步骤，或是必须执行全部所示的步骤才能实现期望的结果。附加的或备选的，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，以及/或者将一个步骤分解为多个步骤执行等。另外，也易于理解的是，这些步骤可以是例如在多个模块/进程/线程中同步或异步执行。
82.下面，结合上述实施例，将提出更加具体的实施例进行更详细的说明。
83.具体实施例一，参考图7所示：
84.考虑到天基测控资源的覆盖范围较广，对于低轨任务来说，优先选用天基资源更有利于尽早开展测控。同时，为了让卫星用户能够通过一次申请尽可能的得到资源，申请者可以提供多个申请弧段(一般为3个弧段)。天基优先的流程包括以下步骤：
85.a.收到卫星用户应急申请，进入已计划资源申请流程；
86.查找满足需求的已分配天基计划弧段，如果存在可用资源，则该应急任务申请成功,如果不存在，则查找满足需求的已分配地基计划弧段；
87.如果存在已分配地基计划弧段，则该应急任务申请成功，如果不存在则进入天基资源申请流程。
88.b.天基资源申请流程中，查找天基空闲资源；
89.如果存在天基空闲资源,则向中继申请空闲资源，若申请成功，则该应急任务申请成功，若申请不成功，则转入地基资源申请流程；
90.如果没有查找到天基空闲资源，则查找天基可见资源，若存在可见资源，则向中继申请可见资源，中继申请成功则该应急任务申请成功，中继申请不成功，则转入地基申请流程。
91.c.地基申请流程中，首先申请地基空闲资源，如果地基资源申请成功，则该应急任务申请成功，如果地基资源申请不成功，则申请地基可转让弧段(即将该测控设备执行的原任务换成应急任务后，能为原任务查找到其他空闲资源执行)；
92.如果申请到地基可转让弧段，则该应急任务申请成功，如果申请不成功，则申请地基可抢占资源(即将该测控设备执行的原任务换成应急任务后，不能为原任务查找到其他空闲资源执行)；
93.如果申请到地基可抢占资源，则该应急任务申请成功，如果申请不成功，则申请失败，流程结束。
94.具体实施例二，参考图8所示：
95.对于部分卫星，具有地基资源使用偏好，可采用优先使用地基资源的自动化调度流程，在已分配计划中优先查找已分配的地基资源，其后按照空闲、可转让、可抢占的顺序，
优先查找地基资源。若没查找到，则按照天基空闲、天基可见的顺序申请。具体步骤如下：
96.a.收到卫星用户应急申请，进入已计划资源申请流程；
97.首先查找满足需求的已分配地基计划弧段，如果存在可用资源，则该应急任务申请成功,如果不存在，则查找满足需求的已分配天基计划弧段；
98.如果存在已分配天基计划弧段，则该应急任务申请成功，如果不存在则进入地基资源申请流程。
99.b.地基申请流程中，首先申请地基空闲资源，如果地基资源申请成功，则该应急任务申请成功，如果地基资源申请不成功，则申请地基可转让弧段(即将该测控设备执行的原任务换成应急任务后，能为原任务查找到其他空闲资源执行)；
100.如果申请到地基可转让弧段，则该应急任务申请成功，如果地基可转让资源申请不成功，则申请地基可抢占资源(即将该测控设备执行的原任务换成应急任务后，不能为原任务查找到其他空闲资源执行)；
101.如果申请到地基可抢占资源，则该应急任务申请成功，如果地基可抢占资源申请不成功，则转入天基资源申请流程。
102.c.天基资源申请流程中，首先查找天基空闲资源；
103.如果存在天基空闲资源,则向中继申请空闲资源，若中继空闲资源申请成功，则该应急任务申请成功，若中继空闲资源申请不成功，则转入地基资源申请流程。
104.如果不存在天基空闲资源，则查找天基可见资源，若存在可见资源，则向中继申请可见资源，中继可见资源申请成功则该应急任务申请成功，中继可见资源申请不成功，则申请失败，流程结束。
105.具体实施例三，参考图9所示：
106.对于天地基测控资源管理者来说，往往不希望新申请对已有计划造成冲击，在统筹考虑用户资源使用偏好的情况下，可按照已计划、空闲、可转让、可抢占的分层设计思路，设计天地基资源混合调度流程。
107.a.收到卫星用户应急申请，进入已计划资源申请流程；
108.首先查找满足需求的已分配天基计划弧段，如果存在可用资源，则该应急任务申请成功,如果不存在，则查找满足需求的已分配地基计划弧段；
109.如果存在已分配地基计划弧段，则该应急任务申请成功，如果不存在则进入天基资源申请流程。
110.b.天基资源申请流程中，首先查找天基空闲资源；
111.如果存在天基空闲资源,则向中继申请空闲资源，若天基空闲资源申请成功，则该应急任务申请成功，若天基空闲资源申请不成功，则转入地基资源申请流程；
112.如果没有查找到天基空闲资源，则查找地基空闲资源，若存在地基空闲资源，则该应急任务申请成功，若不存在，则查找天基可见资源，如果存在可见资源，则向中继申请可见资源，若天基可见资源申请成功则该应急任务申请成功，若天基可见资源申请不成功，则转入地基申请流程中的申请可转让流程，如果不存在可见资源，则转入地基申请流程中的可转让流程。
113.c.地基申请流程中，首先申请地基空闲资源，如果申请成功，则该应急任务申请成功，如果申请不成功，则申请地基可转让弧段(即将该测控设备执行的原任务换成应急任务
后，能为原任务查找到其他空闲资源执行)；
114.如果申请到地基可转让弧段，则该应急任务申请成功，如果申请不成功，则申请地基可抢占资源(即将该测控设备执行的原任务换成应急任务后，不能为原任务查找到其他空闲资源执行)；
115.如果申请到地基可抢占资源，则该应急任务申请成功，如果申请不成功，则申请失败，流程结束。
116.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
117.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
118.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
119.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
120.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。