[發明專利]一種基于加權粒子群算法的衛星計算資源分配方法

在審

• 申請號: 202211568855.5
• 申請日: 2022-12-08
• 公開（公告）號: CN115879497A
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 盧山;王天雄;陳雨賀;李子柔;周亞同;范書瑞
• 申請（專利權）人: 中國電子科技集團公司第五十四研究所;河北工業大學
• 主分類號: G06N3/006
• 分類號: G06N3/006;H04B7/185
• 代理公司: 河北東尚律師事務所 13124
• 代理人: 王文慶

本發明公開了一種基于加權粒子群算法的衛星計算資源分配方法，涉及低軌衛星網絡計算資源分配領域。本發明首先定義協同計算網絡的計算能力，然后根據計算能力設置協同計算網絡權值，接著初始化粒子群中微粒的位置和速度，并計算適應度，通過更新粒子群中微粒的位置和速度，得到最優解，從而完成衛星計算資源分配。本發明針對低軌衛星網絡中多顆衛星協同處理計算任務的場景，提出了基于星載計算機運算能力和星間鏈路傳輸帶寬計算權值，并將其用于優化粒子群算法搜索過程的方法，達到了縮短衛星計算任務處理時間的目的。

技術領域

本發明涉及低軌衛星網絡計算資源分配領域，適用于低軌衛星網絡中多顆衛星協同處理計算任務的場景，具體涉及一種基于加權粒子群算法的衛星計算資源分配方法。

背景技術

低軌衛星網絡通常由多顆衛星和地面控制中心組成，傳統低軌衛星網絡中，一般由衛星將計算任務傳輸至地面控制中心進行處理。近年來，隨著星載計算機的運算能力逐漸提升，在衛星上進行計算任務處理成為可能。由于單顆衛星處理能力有限，因此可以將計算任務拆解并通過業務帶寬較大的星間鏈路進行分發，由多顆衛星組成協同計算網絡進行處理。在以上過程中，為了在最短的時間內獲得計算結果，需要研究如何將計算任務合理的分發至各衛星，即計算資源分配方法。

粒子群算法的基本思想是通過群體中個體之間的協作和信息共享來尋找最優解，廣泛應用于函數優化等領域。粒子群算法在可行解空間中初始化一群微粒，每個微粒都代表極值優化問題的一個潛在最優解，用位置、速度和適應度值三項指標表示該微粒特征，其中位置即最優解，速度為每次變化值，適應度為最優解對應的值。

目前，現有技術中的衛星計算資源分配方法效率較低，需要一種收斂速度更快的衛星計算資源分配方法。

發明內容

有鑒于此，本發明針對低軌衛星網絡中多顆衛星協同處理計算任務的場景，提出了通過加權粒子群算法獲取最優計算資源分配的方法。該方法收斂速度快，可縮短衛星計算任務的處理時間。

為了實現上述目的，本發明采用了如下技術方案：

一種基于加權粒子群算法的衛星計算資源分配方法，包括以下步驟：

步驟1，綜合星載計算機運算能力和星間鏈路傳輸帶寬，定義協同計算網絡的計算能力S＝S₀,S₁,...,S_n，衛星i的計算能力S_i為：

其中，C_i為衛星i星載計算機的運算能力，為計算任務所在衛星至協同計算衛星的星間鏈路傳輸帶寬；

步驟2，設置協同計算網絡權值為W＝w₀,w₁,...,w_n，其中w_i代表衛星i的權值；W通過協同計算網絡的計算能力得出：

其中，||||表示取模；

步驟3，初始化粒子群中的微粒，包含隨機位置和速度，并計算其適應度：

其中，p_i是計算任務D分配至衛星i的百分比，C_i為衛星i星載計算機的運算能力，為計算任務所在衛星至協同計算衛星的星間鏈路傳輸帶寬，l_SiSj為衛星i到衛星j的傳輸時延；

步驟4，更新每顆衛星中粒子群的微粒速度V_i＝v_i1,v_i2,...,v_iN：