CN111565465B - 一种vdes系统星地信道的调度分配方法 - Google Patents

一种vdes系统星地信道的调度分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种VDES系统星地信道的调度分配方法，包括以下步骤：S1.收集t时刻的业务集；S2.设置业务优先级；S3.生成样本业务集及分类树；S4.根据分类结果对t+1时刻的业务集进行预测；S5.为紧急业务提供备用信道服务；当备用信道不足时，牺牲部分业务，满足紧急业务的需要。通过本发明可以提前预测下一时刻的业务数及业务种类，规避因时隙预约冲突而导致的各种问题；为紧急业务提供服务，极大的提高通信效率以及减少时隙冲突；当信道不足时，牺牲低优先级业务，能够避免因紧急业务过多导致的信道拥堵或不足。

Description

一种VDES系统星地信道的调度分配方法
技术领域
本发明涉及船舶海事领域，尤其涉及一种VDES系统星地信道的调度分配方法。
背景技术
E-navigation是由国际海事组织IMO为提高船-船、船-岸间的信息交互与沟通交流而制定的海上战略。由IMO定义的E-navigation为“通过电子信息方式，整合现有的和新的导航设备，特别是电子设备，在船上和岸上收集、综合和显示海事信息，以增强船舶从泊位到泊位的全程航行、海上服务、安全和安保功能，更好的保护海洋环境，提高航行安全和效率”。E-navigation在很长一段时间内是由AIS来完成，而AIS仅为设备提供10~20海里的通信范围。且随着船只的增多，AIS也较难胜任海事船只通信的任务。
VDES（VHF Data Exchange System）是在现有AIS通信技术基础上，为进一步满足国际海事组织IMO主导的e-航海战略船-船、船-岸间数据交换需要而开发的海上宽带数字通信系统。在VDES中，卫星系统的加入为VDES的功能实现提供了更多的可能。而在星地链路中，基于TDMA的多址方式，时隙预约冲突率是一项重要的系统指标。为规避因时隙预约冲突而导致的各种问题，提前预测下一时刻的业务数及业务种类十分必要。基于预测结果，提前规划好各业务所需要的时隙，并充分为紧急业务提供服务，能极大的提高通信效率以及减少时隙冲突。
现有技术中存在以下缺陷：
（1）当紧急业务的数量大于信道数量时，会导致信道拥堵，紧急业务无法及时处理；
（2）因产生时隙预约冲突而导致各种问题的发生。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种VDES系统星地信道的调度分配方法。
本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：一种VDES系统星地信道的调度分配方法，包括以下步骤：一种VDES系统星地信道的调度分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 收集t时刻的业务集；
S2. 设置业务优先级；
S3. 生成样本业务集及分类树；
S4. 根据分类结果对t+1时刻的业务集进行预测；
S5. 为紧急业务提供备用信道服务；当备用信道不足时，牺牲部分业务，满足紧急业务的需要；
其中，所述的步骤S2，设置的业务优先级分为“高”、“较高”、“较低”和“低”；设置紧急业务的优先级为“高”。
所述的步骤S1，还包括以下子步骤：
S101. 在当前t时刻中，VDES卫星收集其所负责海域内的船只业务集及其所具有的参数集；
S102. 设置需要的分类参数集；所述的分类参数设置为业务紧急程度、船舶类型、航行速度、航行方向、危险品信息和载人数目。
所述的步骤S3，还包括以下子步骤：
S301. 设定所需生成的样本业务集数量k个；
S302. 从M个业务集中独立地、随机地、有放回地抽取m个数据，形成一个新的样本业务集，其中，所述抽取的数据数量m小于收集的业务集数量；
S303. 重复步骤S301，产生多个独立的样本业务集；直至生成k个样本业务集；
S304. 根据k个样本业务集，产生k个分类树。
所述的步骤S304，还包括以下子步骤：
S3041. 在分类树的每个内部节点处从分类参数集中随机挑选mtry个参数作为候选参数，其中所述候选的数量mtry不能大于母节点处的样本数；
S3042. 按照节点不纯度最小的原则从步骤S401所述的mtry个候选参数中选择一个最优参数对节点进行分裂生长；
S3043. 通过每棵分类树充分生长直到每个叶子节点的不纯度达到最小。
所述的步骤S4，具体为依据多个分类树的分类器来对下一时刻的业务进行预测，通过每个分类树分类器的投票结果的简单多数投票法，决定下一时刻的业务。
所述的步骤S5，还包括以下子步骤：
S501. 当有W个紧急业务，超出预测结果且需要接入信道时，基于紧急业务优先级最高的原则，对t+1时刻的信道进行调整, 将备用信道数量L与紧急业务数量W进行比较，当紧急业务数量W不大于备用信道数量L时，备用信道满足紧急业务的需要，将紧急业务依次接入备用信道；当紧急业务数量W大于备用信道数量L时，执行步骤S502；
S502. 牺牲优先级为“低”的业务，对优先级为“低”的业务集，等概率随机剔除W-L个业务，该W-L个业务组成业务集J；当剔除时，W-L个紧急业务接入空闲的业务信道，进行通信；同时，业务集J中的各业务所属终端，通过载波侦听时分多址的多址方式，侦听其在剔除前所属的信道是否空闲；当紧急业务通信结束时，W-L个业务重新接入其所属的信道。
本发明的有益效果：
（1）提前预测下一时刻的业务数及业务种类，规避因时隙预约冲突而导致的各种问题；
（2）为紧急业务提供服务，极大的提高通信效率以及减少时隙冲突；
（3）当信道不足时，牺牲低优先级业务，能够避免因紧急业务过导致的信道拥堵或不足。
附图说明
图1为本发明的方法流程框图；
图2为本发明的优先级分类模型图；
图3为本发明的实施例1系统结构图；
图4为本发明的实施例2系统结构图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，先对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，一种VDES系统星地信道的调度分配方法，包括以下步骤：
S1. 收集t时刻的业务集；
S2. 设置业务优先级；
S3. 生成样本业务集及分类树；
S4. 根据分类结果对t+1时刻的业务集进行预测；
S5. 为紧急业务提供备用信道服务；当备用信道不足时，牺牲部分业务，满足紧急业务的需要；
其中，所述的步骤S2，设置的业务优先级分为“高”、“较高”、“较低”和“低”；设置紧急业务的优先级为“高”。
所述的步骤S1，还包括以下子步骤：
S101. 在当前t时刻中，VDES卫星收集其所负责海域内的船只业务集及其所具有的参数集；
S102. 设置需要的分类参数集；所述的分类参数设置为业务紧急程度、船舶类型、航行速度、航行方向、危险品信息和载人数目。
所述的步骤S3，还包括以下子步骤：
S301. 设定所需生成的样本业务集数量k个；
S302. 从M个业务集中独立地、随机地、有放回地抽取m个数据，形成一个新的样本业务集，其中，所述抽取的数据数量m小于收集的业务集数量；
S303. 重复步骤S301，产生多个独立的样本业务集；直至生成k个样本业务集；
S304. 根据k个样本业务集，产生k个分类树。
所述的步骤S304，还包括以下子步骤：
S3041. 在分类树的每个内部节点处从分类参数集中随机挑选mtry个参数作为候选参数，其中所述候选的数量mtry不能大于母节点处的样本数；
S3042. 按照节点不纯度最小的原则从步骤S401所述的mtry个候选参数中选择一个最优参数对节点进行分裂生长；
S3043. 通过每棵分类树充分生长直到每个叶子节点的不纯度达到最小。
所述的步骤S4，具体为依据多个分类树的分类器来对下一时刻的业务进行预测，通过每个分类树分类器的投票结果的简单多数投票法，决定下一时刻的业务。
所述的步骤S5，还包括以下子步骤：
S501. 当有W个紧急业务，超出预测结果且需要接入信道时，基于紧急业务优先级最高的原则，对t+1时刻的信道进行调整, 将备用信道数量L与紧急业务数量W进行比较，当紧急业务数量W不大于备用信道数量L时，备用信道满足紧急业务的需要，将紧急业务依次接入备用信道；当紧急业务数量W大于备用信道数量L时，执行步骤S502；
S502. 牺牲优先级为“低”的业务，对优先级为“低”的业务集，等概率随机剔除W-L个业务，该W-L个业务组成业务集J；当剔除时，W-L个紧急业务接入空闲的业务信道，进行通信；同时，业务集J中的各业务所属终端，通过载波侦听时分多址的多址方式，侦听其在剔除前所属的信道是否空闲；当紧急业务通信结束时，W-L个业务重新接入其所属的信道。
本实施例的具体实施方法及原理如下：
实施例1：
本实施例为一种卫星系统通过VDES，接收某海域内所有船舶的发送数据，其业务较少。具体方法原理如下：
如图3所示，收集当前时刻的业务集，共有船舶A、船舶B、船舶C和船舶D业务；
通过设置的业务紧急程度参数，对船舶业务进行分类，得到船舶优先级：船舶A-紧急业务，优先级“高”；船舶B-普通业务，优先级“低”；船舶C-普通业务，优先级“较高”；船舶D-普通业务，优先级“较低”；
对所有的业务集进行随机抽取生成样本业务集，并生成分类树，通过分类结果，对当前时刻的后一小时的业务集进行预测；
此时优先级为“高”的船舶A的紧急业务插入，星地信道为其提供备用信道，此系统的备用信道共有4个，备用信道数充足，紧急业务进入备用信道；
该时刻通信结束。
实施例2：
本实施例为一种卫星系统通过VDES，接收某海域内所有船舶的发送数据，其业务较多。具体方法原理如下：
如图4所示，通过设置的业务紧急程度参数，对船舶业务进行分类，得到船舶优先级：船舶A-普通业务，优先级“低”；船舶B-紧急业务，优先级“高”；船舶C-紧急业务，优先级“高”；船舶D-普通业务，优先级“较低”；船舶E-普通业务，优先级“较高”；船舶F-普通业务，优先级“较低”；船舶J-紧急业务，优先级“高”；船舶H-紧急业务，优先级“高”；船舶I-普通业务，优先级“低”；船舶G-紧急业务，优先级“高”；船舶K-紧急业务，优先级“高”。
对所有的业务集进行随机抽取生成样本业务集，并生成分类树，通过分类结果，对当前时刻的后一小时的业务集进行预测；
此时优先级为“高”的船舶B、船舶C、船舶J、船舶H、船舶G和船舶K的共6个紧急业务插入，星地信道为其提供备用信道，此系统的备用信道共有4个，备用信道数不足；
对优先级为“低”的船舶A和船舶I从星地信道中剔除；紧急业务进入备用信道；
当紧急业务结束后；船舶A和船舶I业务重新进入其所属信道；
该时刻通信结束。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种VDES系统星地信道的调度分配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1. 收集t时刻的业务集；
S2. 设置业务优先级；
S3. 根据随机森林算法生成样本业务集及分类树，还包括以下子步骤：
S301. 设定所需生成的样本业务集数量k个；
S302. 从M个业务集中独立地、随机地、有放回地抽取m个数据，形成一个新的样本业务集，其中，所述抽取的数据数量m小于收集的业务集数量；
S303. 重复步骤S301，产生多个独立的样本业务集；直至生成k个样本业务集；
S304. 根据k个样本业务集，产生k个分类树；
所述步骤S304，还包括以下子步骤：
S3041. 在分类树的每个内部节点处从分类参数集中随机挑选mtry个参数作为候选参数，其中所述候选的数量mtry不能大于母节点处的样本数；
S3042. 按照节点不纯度最小的原则从步骤S3401所述的mtry个候选参数中选择一个最优参数对节点进行分裂生长；
S3043. 通过每棵分类树充分生长直到每个叶子节点的不纯度达到最小；
S4. 根据分类结果对t+1时刻的业务集进行预测；
S5. 为紧急业务提供备用信道服务；当备用信道不足时，牺牲部分业务，满足紧急业务的需要；
其中，所述的步骤S2，设置的业务优先级分为“高”、“较高”、“较低”和“低”；设置紧急业务的优先级为“高”；
所述的步骤S4，具体为依据多个分类树的分类器来对下一时刻的业务进行预测，通过每个分类树分类器的投票结果的简单多数投票法，决定下一时刻的业务。
2.根据权利要求1所述的一种VDES系统星地信道的调度分配方法，其特征在于，所述的步骤S1，还包括以下子步骤：
S101. 在当前t时刻中，VDES卫星收集其所负责海域内的船只业务集及其所具有的参数集；
S102. 设置需要的分类参数集；所述的分类参数设置为业务紧急程度、船舶类型、航行速度、航行方向、危险品信息和载人数目。
3.根据权利要求1所述的一种VDES系统星地信道的调度分配方法，其特征在于，所述的步骤S5，还包括以下子步骤：
S501. 当有W个紧急业务，超出预测结果且需要接入信道时，基于紧急业务优先级最高的原则，对t+1时刻的信道进行调整, 将备用信道数量L与紧急业务数量W进行比较，当紧急业务数量W不大于备用信道数量L时，备用信道满足紧急业务的需要，将紧急业务依次接入备用信道；当紧急业务数量W大于备用信道数量L时，执行步骤S502；
S502. 牺牲优先级为“低”的业务，对优先级为“低”的业务集，等概率随机剔除W-L个业务，该W-L个业务组成业务集J；当剔除时，W-L个紧急业务接入空闲的业务信道，进行通信；同时，业务集J中的各业务所属终端，通过载波侦听时分多址的多址方式，侦听其在剔除前所属的信道是否空闲；当紧急业务通信结束时，W-L个业务重新接入其所属的信道。
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