混合系统资源调度的特点分析

2023-07-02 理论教育版权反馈

【摘要】：混合系统资源调度问题中的资源是指中继卫星上的天线终端，分为微波天线和光学天线两类，其中微波天线可为用户星提供多条单址链路和多址链路。2）微波与激光混合链路中继卫星资源调度问题中的主要约束条件在微波与激光链路共存的中继卫星系统中，卫星的资源调度问题具有几个约束条件。光学天线尺寸小，与微波天线相比，终端功耗和重量也大大降低，非常适合星载。

1）资源调度问题中活动与资源

中继卫星与用户卫星在太空环境中高速运动，两者之间相对位置随着卫星运行而实时改变，而在具有微波与激光混合链路的中继系统中，任务传输活动主要包括中继星转发地面站的跟踪测控信号以及各类用户卫星需要返回地面站的图像、话音等大容量回传任务。由于激光光束窄、对准难度大，星间链路建立过程与微波链路相比更加复杂，因此卫星之间的任务传输活动以及星间链路建立过程成为混合系统资源调度的关键问题。混合系统资源调度问题中的资源是指中继卫星上的天线终端，分为微波天线和光学天线两类，其中微波天线可为用户星提供多条单址链路和多址链路。

2）微波与激光混合链路中继卫星资源调度问题中的主要约束条件

在微波与激光链路共存的中继卫星系统中，卫星的资源调度问题具有几个约束条件。

（1）卫星资源的主要约束有：①时间窗口约束。卫星之间具有的可见时间约束是中继卫星系统资源调度问题区别于一般调度问题最重要的特点，可见时间窗口约束定义为任务传输中继过程只能在数据星与用户星两者可视时进行。②星上存储容量约束。目前星载固态存储器容量有限（国际上最大约1 Tb，如数据传输速率为300 Mb／s，则只能存储不到1 h的数据），在进行资源调度安排时，必须考虑星上存储容量限制，否则可能出现在分配的窗口无有效数据可传的情况。③星上天线终端约束。由于微波中继链路的传输速率很高，一般为几百兆比特／秒，所需的终端天线尺寸大（直径可达5 m）、功耗高，且星上资源有限，因此到目前为止，国外或我国的中继卫星系统中的用户星上只能装载一副单址终端天线设备，即一颗用户星在某一时刻只能和中继卫星的一个单址天线建立中继链路。④切换时间约束。中继卫星上的微波天线尺寸很大，在非数传状态下移动速度也很慢（约每秒1°），回归（从指向一个任务的终点位置转到下一个任务的起点位置）所需的时间不可忽略，包括初始捕获时间在内要几分钟。而激光束发散角比微波波束发散角小3～5个数量级，空间激光束对准难度大，因此激光链路初始捕获时间通常为数十秒甚至百秒量级。在具有混合链路的中继卫星系统资源调度中，必须要考虑天线终端转向时间和链路捕获时间（包括资源准备时间和链路建立时间）对于调度方案的影响，以实现微波与激光链路的混合调度。⑤终端功耗约束。光学天线尺寸小，与微波天线相比，终端功耗和重量也大大降低，非常适合星载。一般卫星光通信天线孔径小于30 cm，功耗和质量分别在100 W和30 kg左右。在卫星通信实际应用中，进行资源调度方案的评价时除考虑任务完成效率、任务完成收益外还应将星上终端资源消耗作为评价因素之一。

（2）任务的主要约束有：①任务优先级约束。中继卫星服务的用户星不同，就会有不同的任务需要中继，部分用户星（如电子侦察卫星和对地观测卫星等）传输的任务具有极高的商业及军事用途，因此为此类任务设定较高的任务优先级，任务的优先级越高，其活动越需要优先安排。②任务有效性约束。多数用户星（如载人航天器和侦察卫星等）要求在固定的轨道段将信息实时传回国内，此类用户星上的任务传输时必须满足具体传输时间的约束要求。而对实时性要求不高的用户星，也常受到任务在某一时刻之前传输才为有效数据的限制。

混合系统资源调度的特点分析

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