CN109150755A - 一种天基数据链星载消息调度方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种天基数据链星载消息调度方法及装置，属于天基数据链领域，所述方法包括：接收天基数据链星载消息，并根据所述消息的应用优先级将所述消息排入不同的队列；根据接收到的各所述消息的服务类型确定消息对应的提取顺序和待分配资源；按照确定的提取顺序，提取各所述队列中同一所述服务类型的消息；根据确定的待分配资源，调度提取的消息。本发明实现对各队列中的各种类别消息的兼顾处理，既提高了信道的利用率，又提高了队列间的公平性，提高了网络的整体服务能力。

Description

一种天基数据链星载消息调度方法及装置
技术领域
本发明的一种天基数据链星载消息调度方法及装置，属于天基数据链技术领域。
背景技术
相关的针对数据链的消息调度方法通常包括以下几种：
(1)地面传统数据链的消息调度方法：在地面传统数据链中，端机间是对等的组成结构，各端机在规划时分配的独占时隙上发送消息，其形式为广播，其余端机均可以收到该端机发送的消息。在这种方式中，端机间没有自主的消息调度，消息的发送时机及发送周期是通过预先的任务规划完成的。对于单个端机，消息是按照先进先出的方式发送的，即FIFO；
(2)战术数据链动态轮询调度算法：战术数据链动态轮询调度算法在不增加网络开销的情况下，通过动态预测所有从属站的报文队列长度，每次仅对具有最长报文队列长度的从属站进行轮询，减少对没有数据发送从属站的轮询次数，进而提高信道利用率。此外，算法还充分考虑到所有从属站报文的实时性，在每个从属站中对到达的报文按照优先级进行排序，同时，在给从属站分配传输时隙时，充分考虑其他站点的时延要求，保证所有从属站的消息时延都在要求范围内；这种方法和传统数据链预先设定轮询次序固定不变的方式相比，具有了很好的灵活性，信道利用率得到了提高，传输时延也得到了保障；
(3)优先级队列PQ调度算法：PQ(Priority Queue)是FIFO的一个简单的变种，可以为不同优先级的服务提供一种相对简单的调度方法，其特点是根据队列的优先级来决定转发的优先顺序。其工作原理为：在队列调度时，PQ按照优先级高低调度转发各队列中的数据包，当高优先级队列为空时，才转发低优先级队列中的数据包，这样依次进行各队列中数据包的调度转发；
(4)轮询调度RR算法：轮询(Round Robin)是在队列间依次调度的方法，这种方法按照一定的调度规则顺序对队列进行轮询调度，空队列则被跳过，调度器总是顺序地移动到下一个有待转发数据包的队列，一次调度只转发一个数据包，在某种程度上保证了不同队列间“平等”地使用网络带宽资源，避免了“饿死”情况的发生；
(5)WRR调度算法：WRR(Weighed Round Robin)调度算法是RR算法的扩展，其基本思想是给每一个子队列分配一个权值，同时也为每个队列维护一个计数器，每次轮询调度时，将按照事先规定的调度顺序对各个队列进行轮询调度，同时允许计数器为非零的队列发送一个数据包，直到该队列的计数器为零时调度下一个队列。
上述第(1)种方法调度不灵活、信道利用率低；第(2)种方法中数据链控制站基于预测来控制所有从属站数据发送时机；第(3)种方法中如果系统中长期存在高优先级的数据包，则低优先级的数据包会由于长时间得到不服务而“饿死”，严重影响了队列间的公平性，大大降低了网络的整体服务性能；第(4)种方法中，由于数据包的长度不固定，队列中长数据包可能比短数据包得到更多的带宽资源和服务，队列间的“公平性”在一定程度上受到了限制，进而，时延、时延抖动等性能也得不到保证，该方法无法兼顾各类消息；第(5)种方法缺少对消息各类特性的兼顾。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种天基数据链星载消息调度方法及装置，以兼顾处理各队列中的不同类别的数据，提高了队列间的公平性。
为实现上述发明目的，本发明提供如下技术方案：
一种天基数据链星载消息调度方法，包括：
接收天基数据链星载消息，并根据所述消息的应用优先级将所述消息排入不同的队列；
根据接收到的各所述消息的服务类型确定消息对应的提取顺序和待分配资源；
按照确定的提取顺序，提取各所述队列中同一所述服务类型的消息；
根据确定的待分配资源，调度提取的消息。
在一可选实施例中，所述服务类型包括已配置资源类和无配置资源类，所述根据接收到的各所述消息的服务类型确定消息对应的提取顺序，包括：
根据接收到的各所述消息的服务类型确定已配置资源类消息先提取、无配置资源类消息后提取。
在一可选实施例中，根据接收到的各所述消息的服务类型确定消息对应的待分配资源，包括：
根据各所述已配置资源类消息对应的已配置资源信息，确定各所述已配置资源类消息对应的待分配资源；
根据各所述无配置资源类消息对应的占用资源信息及剩余下行资源确定所述无配置资源类消息对应的待分配资源。
在一可选实施例中，所述无配置资源类包括尽快服务型无配置资源类、有保障服务型无配置资源类及尽力而为型无配置资源类，所述无配置资源类消息后提取，包括：
在所述已配置资源类消息之后提取所述尽快服务型无配置资源类消息，最后提取所述有保障服务型无配置资源类及尽力而为型无配置资源类消息。
在一可选实施例中，所述根据各所述无配置资源类消息对应的占用资源信息及剩余下行资源确定所述无配置资源类消息对应的待分配资源，包括：
根据各所述尽快服务型无配置资源类消息对应的占用资源类型及占用资源量，从剩余下行资源中选取匹配的下行资源；
根据选取的匹配的下行资源信息确定所述尽快服务型无配置资源类消息对应的待分配资源。
在一可选实施例中，所述根据各所述无配置资源类消息对应的占用资源信息及剩余下行资源确定所述无配置资源类消息对应的待分配资源，包括：
根据最优化原则确定所述有保障服务型无配置资源类及尽力而为型无配置资源类消息中待调度消息的列表；
根据确定的列表中各待调度消息对应的占用资源量，从剩余下行资源中选取匹配的下行资源；
根据选取的各待调度消息对应的下行资源，确定各待调度消息对应的待分配资源。
在一可选实施例中，根据式(1)确定所述有保障服务型无配置资源类及尽力而为型无配置资源类消息中待调度的消息列表：
其中，ai为第i个有保障服务型无配置资源类消息，bj为第j个尽力而为型无配置资源类消息，为第i个有保障服务型无配置资源类消息对应的占用资源量，为第j个尽力而为型无配置资源类消息对应的占用资源量，M为各所述队列中保证服务型无配置资源类消息的总数量，N为各所述队列中尽力而为型无配置资源类消息的总数量，R为下行资源总量，RCOS为已配置资源类消息占用的总资源量，RASAP为尽快服务型无配置资源类消息占用的总资源量。
在一可选实施例中，所述根据所述消息的应用优先级将所述消息排入不同的队列之前，还包括：
根据当前时间确定队列中各消息对应的可生存时间，并删除可生存时间小于预设值的消息；
将所述队列中位于删除的消息之后的各消息依次前移。
在一可选实施例中，所述根据当前时间确定队列中各消息对应的可生存时间之前，还包括：
判断所述消息的应用优先级对应的队列是否已满，若是，则根据当前时间确定队列中各消息对应的可生存时间。
一种天基数据链星载消息调度装置，包括：
接收模块，用于接收天基数据链星载消息，并根据所述消息的应用优先级将所述消息排入不同的队列；
确定模块，用于根据接收到的各所述消息的服务类型确定消息对应的提取顺序和待分配资源；
提取模块，用于按照确定的提取顺序，提取各所述队列中同一所述服务类型的消息；
调度模块，用于根据确定的待分配资源，调度提取的消息。
本发明相对于现有技术的有益效果在于：
(1)本发明实施例提供的天基数据链星载消息调度方法，根据消息的应用优先级将消息排入不同的队列，根据消息的服务类型确定提取顺序以及对应的待分配资源，通过从各队列中依次统一提取并调度同一服务类型的消息，实现对各队列中的各种类别的消息的兼顾处理，既提高了信道的利用率，又避免了单纯依靠优先级调度消息导致的低优先级队列中的数据因长时间得不到服务而产生的“饿死”现象，提高了队列间的公平性，提高了网络的整体服务性能；
(2)本发明的消息覆盖方法对消息按照其生存时间进行比对，删除过期的消息，队列满时覆盖最接近时限的消息，这种方式兼顾了消息的时间属性，可以保证队列中消息的有效性，避免过期的消息占用队列而造成的资源浪费；
(3)本发明设计的消息出队方法以消息服务类型为依据，针对当前队列中的所有消息，按照服务类型依次调度，保证出队顺序体现出重要性、紧迫性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种天基数据链星载消息调度方法流程图；
图2为本发明的一具体实施例提供的一种天基数据链星载消息调度方法示意图；
图3为本发明实施例提供的一种天基数据链星载消息调度装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
参见图1，本发明实施例提供了一种天基数据链星载消息调度方法，包括：
步骤101：接收天基数据链星载消息，并根据所述消息的应用优先级将所述消息排入不同的队列；
具体地，传统的天基数据链消息包含系统交换和网络管理、精确定位与识别、目标监视、电子战/情报、平台状况、任务管理和战斗协同、指挥控制及信息管理八大类，本发明实施例可以根据应用特点将上述八大类消息分为不同的优先级；
本发明实施例中，不同的应用优先级对应不同队列，可以建立应用优先级与队列的一一对应关系，以便于将消息排入对应的队列。
在一可选实施例中，根据所述消息的应用优先级将所述消息排入不同的队列之前，还包括：根据当前时间确定队列中各消息对应的可生存时间，并删除可生存时间小于预设值的消息；将所述队列中位于删除的消息之后的各消息依次前移；该方法兼顾了消息的时间属性，可以保证队列中消息的有效性，避免过期的消息占用队列而造成的资源浪费；
如表1所示，消息的当前可生存时间(X-Y)为消息已生存时间和存活周期(记为X)的差值，其中当前时间和消息发送时间两者差值表示消息的已生存时间(记为Y)。
表1消息时效性计算
存活周期 已生存时间＝当前时间-消息发送时间 当前可生存时间
X ms Y ms (X Y)ms
步骤102：根据接收到的各所述消息的服务类型确定消息对应的提取顺序和待分配资源；
具体地，本发明实施例中，消息的服务类型可以根据消息对调度时效、路径、连接对象等要求确定的类型，有别于传统的分类方式；可以根据消息的服务类型确定下行资源分配方案，根据确定的下行资源分配方案分配下行资源，根据分配到的下行资源确定待分配资源；本发明实施例中，当没有分配到下行资源时，则不调动消息。
步骤103：按照确定的提取顺序，提取各所述队列中同一所述服务类型的消息；
步骤104：根据确定的待分配资源，调度提取的消息。
本发明实施例提供的天基数据链星载消息调度方法，根据消息的应用优先级将消息排入不同的队列，根据消息的服务类型确定提取顺序以及对应的待分配资源，通过从各队列中依次统一提取并调度同一服务类型的消息，实现对各队列中的各种类别的消息的兼顾处理，既提高了信道的利用率，又避免了单纯依靠优先级调度消息导致的低优先级队列中的数据因长时间得不到服务而产生的“饿死”现象，提高了队列间的公平性，提高了网络的整体服务性能。
在一可选实施例中，所述服务类型包括已配置资源类和无配置资源类，所述的已配置资源类即系统已分配了固定的下行资源的消息，无配置资源类即系统未分配固定的下行资源的消息，根据接收到的各所述消息的服务类型确定已配置资源类消息先提取先调度、无配置资源类消息后提取后调度，以避免无配置资源类消息占用已配置资源类消息的配置资源，提高调度效率。
进一步地，根据各所述已配置资源类消息对应的已配置资源信息，确定各所述已配置资源类消息对应的待分配资源；根据各所述无配置资源类消息对应的占用资源信息及剩余下行资源确定所述无配置资源类消息对应的待分配资源。具体地，所述已配置资源信息可以包括已配置资源的位置，根据已配置资源位置即可确定待分配资源；所述占用资源信息可以包括占用资源量及占用资源类型等信息，可以从对应类型的下行资源中选择相应数量的资源。
以下为本发明的一具体实施例：
将传统的八类天基数据链消息分为四个优先级，分别是：优先级为1级，等级最高，包含系统交换和网络管理类消息，其最高的优先级确保系统得到有效的管理；优先级为2级，包含指挥控制、任务管理和战斗协同类消息，要求以最短的时延无差错传输；优先级为3级，包含目标监视以及电子战/情报；优先级为4级，等级最低，包含精确定位与识别、平台状况以及信息管理类消息；
消息的服务类型包括以下几种：
第一类是尽快服务型无配置资源类消息，要求在尽可能短的时间内送达(As soonas possible,ASAP)，越快越好，这种服务方式的消息包括指控命令数据业务、告警数据；
第二类是面向连接服务型(已配置资源类)消息，其特点是面向连接的(Connection-Oriented Service，COS)，以电路交换的形式承载，系统已分配了固定的下行资源承载保障其服务；
第三类是有保障服务型无配置资源类消息(Guaranteed Service，GS)，这类消息只要在规定时间内到达即可，例如协同类消息，通过严格保证时延要求，为应用提供有保障的服务，这类业务不会被丢弃，但是可能通过评估时延要求决定在当前帧还是下一帧发出；
第四类是尽力而为服务型无配置资源类消息(Best Effort，BE)，例如广播的状态消息等，要求在N个周期内最少发送一条，系统将提供尽力而为的服务，但是对时延、可靠性以及丢包率等性能不提供任何保证，丢包率是首要的评价参数；
本实施例根据上述应用优先级及服务类型，对消息进行调度参见图2，调度方法包括以下步骤：
(1)接收天基数据链星载消息，并根据所述消息对应的应用优先级将所述消息排入不同的队列；
具体地，当对应的队列已满时，根据当前时间确定队列中各消息对应的可生存时间，并删除可生存时间最小的消息，将所述队列中位于删除的消息之后的各消息依次前移；
(2)根据消息的服务类型，确定先提取已配置资源类消息，再提取尽快服务型无配置资源类消息，最后提取有保障服务型无配置资源类消息和尽力而为服务型无配置资源类消息；根据各所述已配置资源类消息对应的已配置资源信息，确定各所述已配置资源类消息对应的待分配资源；根据各所述尽快服务型无配置资源类消息对应的占用资源量及占用资源类型，从剩余下行资源中选取匹配的下行资源，根据选取的匹配的下行资源信息确定所述尽快服务型无配置资源类消息对应的待分配资源；根据最优化原则确定所述有保障服务型无配置资源类及尽力而为型无配置资源类消息中待调度消息的列表，根据确定的列表中各待调度消息对应的占用资源量，从剩余下行资源中选取匹配的下行资源，根据选取的各待调度消息对应的下行资源，确定各待调度消息对应的待分配资源；
按照上述分类方法对消息的服务类型进行分类，并根据上述提取顺序提取消息，出队顺序体现出重要性、紧迫性。
本实施例中根据式(1)确定所述有保障服务型无配置资源类及尽力而为型无配置资源类消息中待调度的消息列表：
其中，ai为第i个有保障服务型无配置资源类消息，bj为第j个尽力而为型无配置资源类消息，为第i个有保障服务型无配置资源类消息对应的占用资源量，为第j个尽力而为型无配置资源类消息对应的占用资源量，M为各所述队列中保证服务型无配置资源类消息的总数量，N为各所述队列中尽力而为型无配置资源类消息的总数量，R为下行资源总量，RCOS为已配置资源类消息占用的总资源量，RASAP为尽快服务型无配置资源类消息占用的总资源量。
(3)提取各队列中的已配置资源类消息，并将提取的已配置资源类消息放置到对应的已配置资源位置；
(4)提取各队列中的尽快服务型无配置资源类消息，并将提取的尽快服务型无配置资源类消息放置到匹配的下行资源位置；
(5)提取各队列中的有保障服务型无配置资源类及尽力而为型无配置资源类消息中的待调度消息，并放置到对应的下行资源位置。
参见图3，本发明实施例还提供了一种天基数据链星载消息调度装置，包括：
接收模块10，用于接收天基数据链星载消息，并根据所述消息的应用优先级将所述消息排入不同的队列；
确定模块20，用于根据接收到的各所述消息的服务类型确定消息对应的提取顺序和待分配资源；
提取模块30，用于按照确定的提取顺序，提取各所述队列中同一所述服务类型的消息；
调度模块40，用于根据确定的待分配资源，调度提取的消息。
本发明装置实施例与方法实施例一一对应，具体描述参见方法实施例，在此不再赘述。
本发明针对天基数据链消息的特征，创造性地将其优先级、时效性和服务方式结合起来，设计了一种星载的数据链消息调度方法，依次进行消息分类、队列管理和消息发送。与已有的天基数据链消息处理方式以及在研的相关消息处理方式相比，在有效性和实用性上都有很大的提升，可以为下一代天基数据链处理器设计提供指导。
以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种天基数据链星载消息调度方法，其特征在于，包括：
接收天基数据链星载消息，并根据所述消息的应用优先级将所述消息排入不同的队列；
根据接收到的各所述消息的服务类型确定消息对应的提取顺序和待分配资源；
按照确定的提取顺序，提取各所述队列中同一所述服务类型的消息；
根据确定的待分配资源，调度提取的消息。
2.根据权利要求1所述的天基数据链星载消息调度方法，其特征在于，所述服务类型包括已配置资源类和无配置资源类，所述根据接收到的各所述消息的服务类型确定消息对应的提取顺序，包括：
根据接收到的各所述消息的服务类型确定已配置资源类消息先提取、无配置资源类消息后提取。
3.根据权利要求2所述的天基数据链星载消息调度方法，其特征在于，根据接收到的各所述消息的服务类型确定消息对应的待分配资源，包括：
根据各所述已配置资源类消息对应的已配置资源信息，确定各所述已配置资源类消息对应的待分配资源；
根据各所述无配置资源类消息对应的占用资源信息及剩余下行资源确定所述无配置资源类消息对应的待分配资源。
4.根据权利要求3所述的天基数据链星载消息调度方法，其特征在于，所述无配置资源类包括尽快服务型无配置资源类、有保障服务型无配置资源类及尽力而为型无配置资源类，所述无配置资源类消息后提取，包括：
在所述已配置资源类消息之后提取所述尽快服务型无配置资源类消息，最后提取所述有保障服务型无配置资源类及尽力而为型无配置资源类消息。
5.根据权利要求4所述的天基数据链星载消息调度方法，其特征在于，所述根据各所述无配置资源类消息对应的占用资源信息及剩余下行资源确定所述无配置资源类消息对应的待分配资源，包括：
根据各所述尽快服务型无配置资源类消息对应的占用资源类型及占用资源量，从剩余下行资源中选取匹配的下行资源；
根据选取的匹配的下行资源信息确定所述尽快服务型无配置资源类消息对应的待分配资源。
6.根据权利要求5所述的天基数据链星载消息调度方法，其特征在于，所述根据各所述无配置资源类消息对应的占用资源信息及剩余下行资源确定所述无配置资源类消息对应的待分配资源，包括：
根据最优化原则确定所述有保障服务型无配置资源类及尽力而为型无配置资源类消息中待调度消息的列表；
根据确定的列表中各待调度消息对应的占用资源量，从剩余下行资源中选取匹配的下行资源；
根据选取的各待调度消息对应的下行资源，确定各待调度消息对应的待分配资源。
7.根据权利要求6所述的天基数据链星载消息调度方法，其特征在于，根据式(1)确定所述有保障服务型无配置资源类及尽力而为型无配置资源类消息中待调度的消息列表：
其中，ai为第i个有保障服务型无配置资源类消息，bj为第j个尽力而为型无配置资源类消息，为第i个有保障服务型无配置资源类消息对应的占用资源量，为第j个尽力而为型无配置资源类消息对应的占用资源量，M为各所述队列中保证服务型无配置资源类消息的总数量，N为各所述队列中尽力而为型无配置资源类消息的总数量，R为下行资源总量，RCOS为已配置资源类消息占用的总资源量，RASAP为尽快服务型无配置资源类消息占用的总资源量。
8.根据权利要求1所述的天基数据链星载消息调度方法，其特征在于，所述根据所述消息的应用优先级将所述消息排入不同的队列之前，还包括：
根据当前时间确定队列中各消息对应的可生存时间，并删除可生存时间小于预设值的消息；
将所述队列中位于删除的消息之后的各消息依次前移。
9.根据权利要求8所述的天基数据链星载消息调度方法，其特征在于，所述根据当前时间确定队列中各消息对应的可生存时间之前，还包括：
判断所述消息的应用优先级对应的队列是否已满，若是，则根据当前时间确定队列中各消息对应的可生存时间。
10.一种天基数据链星载消息调度装置，其特征在于，包括：
接收模块，用于接收天基数据链星载消息，并根据所述消息的应用优先级将所述消息排入不同的队列；
确定模块，用于根据接收到的各所述消息的服务类型确定消息对应的提取顺序和待分配资源；
提取模块，用于按照确定的提取顺序，提取各所述队列中同一所述服务类型的消息；
调度模块，用于根据确定的待分配资源，调度提取的消息。
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