一种面向任务服务的卫星网络资源管理模型及构建方法与流程
本发明属于卫星网络通信技术领域，尤其涉及一种面向任务服务的卫星网络资源管理模型及构建方法。
背景技术：
随着空间资源的开发和利用，卫星网络在对地观测、远洋航行、应急救援、导航定位、航天测控等领域的应用将占据越来越重要的地位。卫星网络中的节点包括空间轨道运行的各类卫星、航天器等，其具有独立的计算、存储、通信等能力，用以对不同的业务目标服务。然而，由于卫星、航天器等卫星网络基础设施造价高、卫星发射周期长、卫星入轨后资源难以扩充等缺点，致使单颗卫星的星载设备资源受限、功能单一。目前，随着终端用户数量及业务类型的不断增加，传统的人工任务编制、卫星单独编制或仅同种类型卫星任务编制均无法满足业务需求，此时需要卫星网络系统根据业务统筹规划多种类型卫星协同完成。因此如何对网络整体资源进行合理高效的管理与调度是充分利用卫星网络资源的关键所在。
由卫星节点组成的网络具有信息获取、处理、传输、分发等多种功能，涉及通信资源、存储资源、计算资源、处理资源等多种资源。为了充分利用这些包括观测、计算、存储、传输等不同领域不同特性的资源，并通过这些资源的合作，服务于观测侦查、数据传输等多种多样的任务类型和具体目标，从而使得各项任务能够高效、有序的完成，良好的资源管理模型将极大的辅助整个过程的优化和决策。
针对卫星网络资源管理的模型的研究，现有的方法主要面临卫星网络资源形式多样，对资源描述不全面；卫星网络任务属性具有差异性和多样性，卫星协同工作编排复杂；模型考虑优化目标及优化约束目标不全面等问题。这些问题导致任务资源表征不充分、任务资源匹配复杂度较高、求解空间大，进而影响整体资源利用率。针对上述问题，建立能够统一化描述卫星网络系统任务需求与资源匹配关系的模型，辅助卫星网络系统实现不同资源的高效管理和调配具有极高研究价值。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种面向任务服务的卫星网络资源管理模型及构建方法。
实现本发明的技术方案是：通过针对任务目标、卫星网络资源能力和服务能力等进行表示，确定任务、资源与服务之间的逻辑关系，进而依托网络系统中设备实体的物理链路来描述资源节点之间的逻辑连接关系，最终形成资源管理逻辑图模型。基于构建的资源管理逻辑图模型，可以将卫星网络中的所有资源与其间逻辑关系整体体现，便于利用图论数学理论的分析方法形成面向任务服务的高效资源分配方案。
进一步，构建面向任务服务的卫星网络资源管理模型(trs模型)的步骤如下：
步骤一，将卫星网络系统整个资源管理和任务服务的过程分为提出任务目标、网络系统能够提供的资源总量、以及形成的服务结果，分别形成任务(task)、资源(resource)、服务(service)三个部分。这三个部分之间具有的逻辑流向上的因果推进链接关系，被表现为从任务目标t到网络系统具备的资源能力r到系统形成的服务s的单向链路，用以体现网络系统资源面向任务服务的管理过程。
步骤二，根据任务目标，针对虚拟构建任务t、服务s两个逻辑源、汇节点，对任务t的需求功能at、需求性能pt、约束条件ct和服务s的服务性能ps进行数学表示；
步骤三，基于卫星网络系统的实体节点，确定逻辑资源中的资源节点rk(
步骤四，根据任务需求功能at、各个资源节点功能
进一步对输入源链路和输出汇链路进行说明如下：
当网络资源节点i代表的网络系统实体与逻辑源节点t代表的任务起始之间具有直接承接关系时，从源节点t到资源节点ri之间存在的单向逻辑链路被定义为输入源链路et，i；当网络资源节点j代表的网络系统实体与逻辑汇节点s代表的服务结束之间具有直接承接关系时，定义从资源节点rj到汇节点s之间的单向逻辑链路为输出汇链路；
步骤五，基于卫星网络系统物理链路连接关系，确定资源节点间的节点链路ep，q，其中
步骤六，建立trs逻辑网络图，表示为g＝g(v，e)，其中v＝{t，s，rk|k＝1，2，...，n}表示由源节点、汇节点与资源节点共同形成的逻辑节点集合，n为实体设备映射的资源节点数量；e＝{et，i，ej，s，ep，q|i，j，p，q＝1，2，...，n}表示包括源链路、汇链路和节点链路的逻辑链路(边)集合。
进一步，所述步骤二中卫星网络中的任务需求t和服务达成s的具体参数：
at＝{at1，at2，......}表示任务对功能的需求的集合，其中ati＝0/1表示针对定义的某种任务是否存在要求；
pt＝{pt1，pt2，......}表示任务对性能要求的集合，其中pti为对应需求功能ati的要求性能量；
ct＝{ct1，ct2，......}表示任务要求约束条件的集合，其中cti为任务要求的限制条件，如允许协作、允许分流；
ps＝{ps1，ps2，......}表示任务最终达到的服务性能的集合，其中psi为对应任务需求功能αti形成的服务性能量。
进一步，所述步骤三中卫星网络中的资源能力的具体参数：
到此，trs逻辑网络图构建完成。
本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明提出了一种通用的面向任务服务的资源管理模型，为原型提供了简洁的形式化语言，可以对卫星网络系统任务需求、资源能力、服务性能进行统一化描述，并形成数学图结构，便于对系统整体资源管控和分配。
附图说明
图1是本发明实施例提供的面向任务服务的卫星网络资源管理模型的构建方法流程图。
图2是本发明实施例提供的trs逻辑模型图。
图3本发明实施例提供的trs逻辑模型中的资源节点示意图。
图4本发明实施例提供的trs逻辑网络图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
本发明实施例提供的面向任务服务的卫星网络资源管理模型为：
如图1所示，本发明实施例提供的面向任务服务的卫星网络资源管理模型的构建方法包括以下步骤：
s101：首先分析任务目标、卫星网络资源能力和服务能力，对资源管理服务过程进行建模；
s102：其次依托于实际网络系统中的设备实体节点之间的物理链路，对其进行网络化建模；
s103：最后对面向任务服务的资源管理问题进行数学化表示，最终形成卫星网络资源管理模型(trs模型)。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
在本发明的优选实施例中，根据本发明的提出的面向任务服务的卫星网络资源管理的trs模型，具体包括以下步骤：
步骤一，将卫星网络系统整个资源管理和任务服务的过程分为提出任务目标、网络系统能够提供的资源总量、以及形成的服务结果，分别形成任务(task)、资源(resource)、服务(service)三个部分。这三个部分之间具有的逻辑流向上的因果推进链接关系，被表现为从任务目标t到网络系统具备的资源能力r到系统形成的服务s的单向链路，用以体现网络系统资源面向任务服务的管理过程。
步骤二，根据任务目标，针对虚拟构建任务t、服务s两个逻辑源、汇节点，在该两个节点处对任务t的需求功能at、需求性能pt、约束条件ct和服务s的服务性能ps进行数学表示。形成trs逻辑模型图，如图2所示。
进一步说明，卫星网络中的任务需求t和服务达成s的具体参数如下表1、表2所示：
表1任务需求t的参数信息表
表2服务s的参数信息表
步骤三，基于卫星网络系统的实体节点，确定逻辑资源中的资源节点rk(
进一步说明，卫星网络中的资源能力的具体参数如下表3所示：
表3资源能力的参数信息表
步骤四，根据任务需求功能at、各个资源节点功能
进一步对输入源链路和输出汇链路进行说明如下：
当网络资源节点i代表的网络系统实体与逻辑源节点t代表的任务起始之间具有直接承接关系时，从源节点t到资源节点ri之间存在的单向逻辑链路被定义为输入源链路et，i；当网络资源节点j代表的网络系统实体与逻辑汇节点s代表的服务结束之间具有直接承接关系时，定义从资源节点rj到汇节点s之间的单向逻辑链路为输出汇链路；
步骤五，基于卫星网络系统物理链路连接关系，确定资源节点间的节点链路ep，q，其中
进一步，对资源节点间的链路进行说明，即节点链路ep，q一般依托于网络实体节点之间的物理链路存在，表示资源节点p，q之间的逻辑先后承接关系。通过节点链路关联的资源节点有序对，代表资源分量可以依照承接逻辑紧密配合形成具有更大服务能力的资源分量。
步骤六，建立trs逻辑网络图，表示为g＝g(v，e)，如图4所示，其中v＝{t，s，rk|k＝1，2，...，n}表示由源节点、汇节点与资源节点共同形成的逻辑节点集合，n为实体设备映射的资源节点数量；e＝{et，i，ej，s，ep，q|i，j，p，q＝1，2，...，n}表示包括源链路、汇链路和节点链路的逻辑链路(边)集合。
至此trs逻辑网络图构建完成，该模型可针对复杂任务的资源分配提供一种新的研究思路，另外对资源的聚合和任务分解服务在多星协同规划任务中给出重要建议。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
- 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞！