[發明專利]環境不確定遙感衛星網絡下的智能資源聯合調度方法

有效

• 申請號: 202011251365.3
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112422171B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 周笛;王怡昕;盛敏;李建東;吳家鑫;戴諾伊;王晨光;白衛崗
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04L12/24;H04W24/02;H04W24/06;H04W28/16;H04W72/04
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發明公開了一種環境不確定遙感衛星網絡下的智能資源聯合調度方法，解決了在時變且不可測網絡環境下遙感衛星傳輸性能優化問題。實現包括：建立環境不確定遙感衛星網絡模型；產生環境參數數據；初始化所需參數；指導衛星功率分配；網絡狀態預轉移；指導衛星功率預分配；網絡參數更新判斷；更新網絡狀態、動作和當前時隙數；得到網絡參數為多維資源調度提供指導。本發明通過軟件仿真獲得一定規模、參數下的網絡環境參數數據并定義六維特征函數，結合權重向量線性近似動作價值函數。本發明解決了網絡狀態空間連續問題，也避免了參數更新的過度估計，適應未來處于動態隨機變化環境下的遙感衛星網絡，并為網規網優提供指導。

技術領域

本發明涉及衛星通信技術領域，主要涉及遙感衛星網絡資源聯合調度，具體是一種環境不定遙感衛星網絡下的智能動態資源聯合調度方法，可用于在時變且不可測環境中的遙感衛星網絡。

背景技術

相較于陸地通信網絡，衛星網絡具有通信距離遠、通信質量高、通信服務不受地理條件限制和自然災害影響等優點。近年來，隨著人們對高時效、高精度、高效用遙感數據需求的激增，國家不斷加大對衛星遙感服務的投入與建設，遙感衛星網絡愈發體現出對社會經濟發展的價值、同國家經濟發展戰略的緊密聯系以及巨大的發展潛力。目前，它已廣泛應用于農業估產、生態環境監測、氣象預報、防災減災等諸多方面，和我們的生活息息相關。遙感衛星網絡由遙感衛星、中繼衛星和地面站組成。其中，遙感數據由遙感衛星獲取，在中繼衛星的協助下，直接或間接地發往地面站。資源是遙感衛星網絡運轉的基礎，資源調度將直接影響其傳輸性能，所以對多維資源聯合調度方法的研究意義重大。

由于衛星的軌道運動特性，遙感衛星周期性的出現在地球的陰陽面。在地球陽面時，有太陽能供給，受到太陽能帆板損耗、電離子輻射等影響，供給量是隨機且不可預測的。在地球陰面時，無太陽能供給，只能通過星載電池供能。與此同時，遙感衛星在其正常工作期內，為了維持系統正常運轉以及執行任務，存在常規靜態耗能和資源調度導向的動態能耗(包括任務的獲取以及發送)。此外，由于不同軌道特性各異，遙感衛星網絡的拓撲結構也是另一時變因素，嚴重影響任務的傳輸。綜上，如何設計高效的多維資源聯合調度方法，從而優化網絡長期的性能，是亟待研究的重要問題。

針對資源調度方法的研究眾多，主要可分為靜態和動態兩類。靜態算法要求在任務傳輸前就獲知服務時間內的全部未知環境數據，包括太陽能量到達、信道條件等，進而基于全局規劃，解決資源調度問題。動態算法不要求預知數據，可根據是否依賴統計特征進一步分為兩種。第一種包括D.Zhou等作者在IEEE Wireless Communications Letters上發表的“Mission QoS and Satellite Service Lifetime Tradeoff in Remote SensingSatellite Networks”中提出的BIBM算法，該算法聯合任務獲取、處理、發送三個方面，以狀態轉移概率模型為基礎，解決資源調度問題。第二種包括A.Ortiz等作者在2016IEEEInternational Conference on Communications,Kuala Lumpur上發表的“Reinforcementlearning for energy harvesting point-to-point communications”中提到的Approximate SARSA算法，該算法擺脫確知統計特征的限制，僅通過因果數據得到最佳資源調度策略。

上述提到的兩種方法基本覆蓋了資源調度方法的研究現狀。其中，靜態算法過于理想化，其非因果性導致無法適用于遙感衛星網絡。由于遙感衛星網絡沒有固定的確定的統計特征，因此第一種動態算法同樣不適用。第二種動態算法可用于解決遙感衛星網絡的資源調度問題，但目前的研究多集中于普通能量收集系統，而沒有考慮到遙感衛星網絡任務流程和其所處環境的特殊性。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足和局限性，設計一種不依賴于確定統計特征，適用于環境不確定遙感衛星網絡所處環境及其資源調度場景的智能多維資源聯合調度方法。