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高级在轨系统中的虚拟信道混合调度算法研究

别玉霞 张秀奇 王宇鹏 胡智

别玉霞, 张秀奇, 王宇鹏, 胡智. 高级在轨系统中的虚拟信道混合调度算法研究[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(7): 1913-1921. doi: 10.11999/JEIT200238
引用本文: 别玉霞, 张秀奇, 王宇鹏, 胡智. 高级在轨系统中的虚拟信道混合调度算法研究[J]. 电子与信息学报, 2021, 43(7): 1913-1921. doi: 10.11999/JEIT200238
Yuxia BIE, Xiuqi ZHANG, Yupeng WANG, Zhi HU. Research on Virtual Channel Hybrid Scheduling Algorithm in Advanced Orbit System[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2021, 43(7): 1913-1921. doi: 10.11999/JEIT200238
Citation: Yuxia BIE, Xiuqi ZHANG, Yupeng WANG, Zhi HU. Research on Virtual Channel Hybrid Scheduling Algorithm in Advanced Orbit System[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2021, 43(7): 1913-1921. doi: 10.11999/JEIT200238

高级在轨系统中的虚拟信道混合调度算法研究

doi: 10.11999/JEIT200238
基金项目: 国家自然科学基金(61901284)
详细信息
    作者简介:

    别玉霞:女,1981年生,博士,研究方向为卫星网络、数据复用

    张秀奇:女,1996年生,硕士,研究方向为卫星网络、通信资源优化

    王宇鹏:男,1981年生,博士,研究方向为无线移动通信网络、异构网络融合

    胡智:男,1978年生,博士,研究方向为网络服务与数据处理

    通讯作者:

    张秀奇 zhang_xiuqi@163.com

  • 中图分类号: TN927

Research on Virtual Channel Hybrid Scheduling Algorithm in Advanced Orbit System

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61901284)
  • 摘要: 为高效传输业务类型多样化的空间数据,该文基于高级在轨系统(AOS)虚拟信道复用技术,建立了AOS虚拟信道(VC)混合调度模型。在混合调度模型中,对异步虚拟信道提出了基于遗传-粒子群排序的调度算法,业务优先级、调度时延紧迫度及帧剩余量紧迫度是影响虚拟信道调度先后顺序的关键约束,该算法根据约束建立了遗传-粒子群适应度函数模型,进一步使粒子群体内的粒子根据遗传算法的进化算子进行位置更新,从而找到最优的异步虚拟信道调度顺序。同时,对同步虚拟信道设计了动态加权轮询调度算法,使各同步虚拟信道按照加权因子和分配的时隙数,轮流占用物理信道。仿真结果表明,该文的虚拟信道混合调度算法兼顾了异步数据的优先性、同步数据的等时性和VIP数据的紧迫性,具有更小的平均调度时延和更少的帧剩余量,满足不同业务的传输要求。
  • 图  1  虚拟信道调度系统结构

    图  2  虚拟信道混合调度状态图

    图  3  交叉过程示意图

    图  4  变异过程示意图

    图  5  平均调度时延

    图  6  虚拟信道帧剩余量

    图  7  算法的归一化满意度

    表  1  算法1:遗传-粒子群排序过程

     输入:粒子个数$N$,粒子维度$n$,粒子位置更新次数$D$,粒子初
     始位置${{x}}$
     输出:粒子群最优位置gBest
     (1) 粒子当前最好位置${\rm{pBest}} = {{x}}$
     (2) 根据式(7)计算粒子适应度函数值$f$
     (3) for i=1 to $N$ do
     (4) 粒子个体最优值$p(i) = f(i)$
     (5) end for
     (6) 粒子群最优值$g = \min (f(i))$
     (7) for l=1 to $D$ do
     (8) for m=1 to $N$ do
     (9) 执行遗传-粒子群进化算子:交叉、变异、选择,更新粒子位置
     (10) end for
     (11) 根据式(7)计算位置更新后粒子的适应度函数值$f$
     (12) for m=1 to $N$ do
     (13) if $f(m) < p(m)$ then
     (14) 粒子个体最优值$p(m) = f(m)$
     (15) end if
     (16) if $p(m) < g$ then
     (17) 粒子群最优值$g = p(m)$
     (18) end if
     (19) end for
     (20) end for
     (21) 粒子群最优位置${gBest}$即为粒子群最优值$g$对应的位置向量
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    表  2  算法2:异步虚拟信道调度过程

     输入:各异步VC优先级${p_i}$,平均调度时延${t_{ {{{\rm{avg}}\_{\rm{delay}}\_i} } } }$,帧剩余量${R_{{\rm{ES}}i}}$,一个调度周期内异步VC总时隙数${T_a}$
     输出:各异步VC平均调度时延${t_{ {{{\rm{avg}}\_{\rm{delay}}\_i} } } }$,帧剩余量${R_{{\rm{ES}}i}}$
     (1) if 是异步时隙 then
     (2) if 存在某一VC帧剩余量${R_{ {\rm{ES} }i } } \ge 1$ then
     (3) 调用算法1得出粒子群最优位置${ {{\rm{gBest}}} }$即各VC最佳调度顺序
     (4) 将帧剩余量大于等于1的VC按${ {{\rm{gBest}}} }$中的顺序重新排列
     (5) 按照新的顺序进行调度
     (6) 计算各异步VC平均调度时延${t_{ {{{\rm{avg}}\_{\rm{delay}}\_i} } } }$,帧剩余量${R_{{\rm{ES}}i}} $
     (7) end if
     (8) end if
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    表  3  虚拟信道参数

    虚拟信道业务类型优先级允许最大调度延时(s)平均包到达率(包/s)平均帧到达率(帧/s)
    VC1工程遥测数据50.010017.1500×1031.7150×103
    VC2生理遥测数据20.002024.7600×10312.3750×103
    VC3工程遥控数据60.050015.1440×1037.5720×103
    VC4科学观测数据40.007031.9100×1033.1910×103
    VC5科学实验数据30.002045.5100×1034.5510×103
    VC6延时回放数据10.001512.8560×1031.6070×103
    VC7音频数据5.9900×1032.9950×103
    VC8视频数据40.5300×10320.2650×103
    VC9VIP数据0.9550×103
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  • [1] ZHANG Cuitao and HE Xiongwen. Research and application of consultative committee for space data systems wireless communications standards for spacecraft[J]. World Academy of Science, Engineering and Technology International Journal of Electronics and Communication Engineering, 2017, 11(11): 1148–1151.
    [2] 戴昌昊, 张德智, 胡倩, 等. 一种基于CCSDS AOS协议的分包遥测调度算法[J]. 测控技术, 2017, 36(9): 47–49, 53. doi: 10.3969/j.issn.1000-8829.2017.09.011

    DAI Changhao, ZHANG Dezhi, HU Qian, et al. A packet telemetry scheduling algorithm based on CCSDS AOS protocol[J]. Measurement &Control Technology, 2017, 36(9): 47–49, 53. doi: 10.3969/j.issn.1000-8829.2017.09.011
    [3] CCSDS. CCSDS 732.0-B-2 AOS space data link protocol[S]. Washington, USA: CCSDS, 2006: 7.
    [4] CCSDS. CCSDS 912.3-B-2 Space link extension—forward space packet service specification[S]. Washington, USA: CCSDS, 2010.
    [5] LIU Qingli, PAN Chengsheng, WANG Guoren, et al. CCSDS advanced orbiting systems, data links protocol: Study on virtual channels scheduling algorithm[C]. The 2008 8th IEEE International Conference on Intelligent Systems Design and Applications, Kaohsiung, China, 2008: 351–355. doi: 10.1109/ISDA.2008.158.
    [6] RIHA A P and OKINO C. An advanced orbiting systems approach to quality of service in space-based intelligent communication networks[C]. 2006 IEEE Aerospace Conference, Big Sky, USA, 2006: 1–11. doi: 10.1109/AERO.2006.1655837.
    [7] 刘立士, 李清凡, 田野, 等. 基于帧紧迫度的边界可移动虚拟信道调度算法[J]. 科学技术与工程, 2014, 14(17): 97–103. doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2014.17.019

    LIU Lishi, LI Qingfan, TIAN Ye, et al. A virtual channels scheduling algorithm of moving boundary based on frame urgency[J]. Science Technology and Engineering, 2014, 14(17): 97–103. doi: 10.3969/j.issn.1671-1815.2014.17.019
    [8] GUPTA I, KUMAR M S, JANA P K. Efficient workflow scheduling algorithm for cloud computing system: A dynamic priority-based approach[J]. Arabian Journal for Science and Engineering, 2018, 43(12): 7945–7960. doi: 10.1007/s13369-018-3261-8
    [9] 季伟东, 孙小晴, 林平, 等. 基于非线性降维的自然计算方法[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(8): 1982–1989. doi: 10.11999/JEIT190623

    JI Weidong, SUN Xiaoqing, LIN Ping, et al. Natural computing method based on nonlinear dimension reduction[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2020, 42(8): 1982–1989. doi: 10.11999/JEIT190623
    [10] JIA Zhaohong, WANG Yan, WU Chao, et al. Multi-objective energy-aware batch scheduling using ant colony optimization algorithm[J]. Computers & Industrial Engineering, 2019, 131: 41–56.
    [11] MARINI F and WALCZAK B. Particle Swarm Optimization (PSO). A tutorial[J]. Chemometrics and Intelligent Laboratory Systems, 2015, 149: 153–165.
    [12] ZHANG Yudong, WANG Shuihua, and JI Genlin. A comprehensive survey on particle swarm optimization algorithm and its applications[J]. Mathematical Problems in Engineering, 2015, 2015: 931256.
    [13] 唐红亮, 吴柏林, 胡旺, 等. 基于粒子群优化的地震应急物资多目标调度算法[J]. 电子与信息学报, 2020, 42(3): 737–745. doi: 10.11999/JEIT190277

    TANG Hongliang, WU Bolin, HU Wang, el al. Earthquake emergency resource multiobjective schedule algorithm based on particle swarm optimization[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2020, 42(3): 737–745. doi: 10.11999/JEIT190277
    [14] 唐巍, 高峰. 考虑用户满意度的户用型微电网日前优化调度[J]. 高电压技术, 2017, 43(1): 140–148.

    TANG Wei and GAO Feng. Optimal operation of household microgrid day-ahead energy considering user satisfaction[J]. High Voltage Engineering, 2017, 43(1): 140–148.
    [15] 刘经浩, 贺蓉, 李仁发, 等. 一种基于实时电价的HEMS家电最优调度方法[J]. 计算机应用研究, 2015, 32(1): 132–137, 160. doi: 10.3969/j.issn.1001-3695.2015.01.030

    LIU Jinghao, HE Rong, LI Renfa, et al. Optimal scheduling model for home energy management system based on real-time electricity pricing[J]. Application Research of Computers, 2015, 32(1): 132–137, 160. doi: 10.3969/j.issn.1001-3695.2015.01.030
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-04-07
  • 修回日期:  2020-12-02
  • 网络出版日期:  2020-12-22
  • 刊出日期:  2021-07-10

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