[發明專利]一種用于天基信息系統的資源分配方法

有效

• 申請號: 202010301365.3
• 申請日: 2020-04-16
• 公開（公告）號: CN111555794B
• 公開（公告）日: 2022-04-12
• 發明（設計）人: 王睿;韓笑冬;安衛鈺;宮江雷;徐楠
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 馬全亮

1.一種用于天基信息系統的資源分配方法，其特征在于步驟如下：

(1)根據地面發送的任務確定完成任務需要的資源，并選擇可提供這些資源的節點，建立衛星任務集T和資源集S；

(2)由天基管控節點將資源需求發送到資源提供節點，告知任務的優先級及任務分配相關信息；

(3)資源提供節點根據任務信息，確定使用資源的收益、使用資源的花費以及將資源分配到任務的得益，并向天基管控節點進行反饋；

(4)天基管控節點依據收集的反饋信息，確認完成任務的任務-資源分配矩陣，建立資源分配方案個體集；

(5)對資源分配方案個體集中每一個分配方案均通過遺傳-模擬退火混合算法進行優化，計算平均適應度偏差；

(6)當平均適應度偏差小于固定值時，或進化代數已達到設定值時，算法終止；否則按照設定規則進行退溫，增加進化代數，繼續進行優化；

(7)算法執行完畢后，按照選出的最優分配方案將資源分配給相應任務使用，同資源提供節點進行信息交互，由資源提供節點提供資源；

所述使用資源的收益為：

a_ij＝H_i(1-p_j)

其中，任務優先級為H＝{H₁,H₂,…,H_M}，節點資源占用率p＝{p₁,p₂,…,p_N}；

使用資源的花費為

b_ij＝H_ik_je_j(1-c_j^-t)

其中，e_j為節點完成任務可消耗的總能量，k_j為節點j設定的能量上限參數，并滿足H_ik_j≤1，表明節點根據任務的優先級確定能量的消耗上限；c_j為節點j設定的時間衰減參數且c_j＞1，用來表示資源占用時間對其他任務占用的影響；

將資源分配到任務的得益為f_ij＝a_ij-b_ij；

用m×n的矩陣表示資源到任務的分配關系，任務-資源分配矩陣具體為：X＝{x_ij}_m×n,x_ij＝0/1；

約束條件1：即在同一時刻每個資源僅可以分配給一個任務；

約束條件2：即提出的任務均被分配了資源；

提供給一個任務的資源量是有限的，有

其中r_i為對任務設定的開銷上限，當某個任務使用節點供給的資源時產生的開銷大于此上限，則不能繼續占用更多的資源；

綜合上述約束條件，以最大化資源分配后的總得益為優化目標，建立的天基信息網絡資源動態分配模型可描述為：

2.根據權利要求1所述的一種用于天基信息系統的資源分配方法，其特征在于：由地面發送的需要執行的任務數為M，則建立包含M個任務的任務集為T＝{T₁,T₂,…,T_M}，同時有N個為任務完成提供資源的節點S＝{S₁,S₂,…,S_N}。

3.根據權利要求1所述的一種用于天基信息系統的資源分配方法，其特征在于：通過遺傳-模擬退火混合算法進行優化，具體為：

(5.1)計算每個分配方案的適應度函數，分配方案即個體；

(5.2)使用輪盤賭方法進行選擇操作，若個體為隨機選擇的保留個體則保留，否則以適應度最高的個體進行替代；

(5.3)依交叉概率在父代個體中選擇隨機兩個個體進行交叉操作；

(5.4)依變異概率在父代個體中選擇個體進行變異操作，將其部分對應關系進行隨機替代；

(5.5)進行Metropolis準則抽樣，計算遺傳操作前后的個體適應度變化量，依照當前溫度概率接受新個體保留，否則仍使用父代個體。