CN112180956B - 一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法，航天器节点基于均匀分布实现规划共识，采用候选方案边广播边择优的方式提高共识效率，能够最大限度避免多颗卫星对同一需求进行规划，减少并发性提高效率，支持高优先级任务快速插入以及低优先级规划的动态调整，并采用候选方案边广播边择优的方式，有效减少广播数据暴风，提高共识效率。
Description
技术领域
本发明属于遥感卫星技术领域，涉及一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法，用于基于区块链的星群协同运控过程中高效形成规划共识。
背景技术
遥感卫星数据获取、成像能力不再是主要瓶颈，而提供给用户更有价值的产品，更便捷的服务需要一个系统的解决方案，例如用户需要提供多星图像快速覆盖全国处理之后的实时性信息，并及时跟踪事态发展。因此，星群作为一个整体，协同运行才能够提升用户体验，为用户提供整体的态势感知和全面及时的消息。
目前，遥感星群主要有以下不足：①遥感星群未形成一个统一整体，各为其主，缺少联合设计及协作；②地面图像处理及信息提取分发耗时长，信息利用时效性差，单星信息孤立，星群间信息协同能力差；③需地面规划成像，缺乏自主感知及自主规划能力；④操控模式复杂，未直接面向用户使用进行设计。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法，用于基于区块链的星群协同运控过程中高效形成规划共识，最大限度避免多颗卫星对同一需求进行重复规划，提高效率，减少并发性。
本发明的技术解决方案是：
一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法，所述区块链的核心链为规划链，记录链包括需求链；
基于区块链的星群协同运控规划共识方法包括如下步骤：
(1)接收用户需求，进行用户验证；
(2)率先接收到用户需求的航天器节点对需求广播，更新需求链；
(3)航天器节点从区块链的需求链中获取需求个数M，按照均匀分布生成随机数m，m属于[0,M-1]；
(4)从需求链中获取第m个任务需求，若该需求的规划链已规划周期个数g小于设定值L，或已规划的时长t小于设定值T，则该任务需求需要增加规划，进入步骤(6)；若该需求的已规划周期个数g大于等于L，或已规划的时长t大于等于设定值T，进入步骤(5)；
(5)该任务需求暂时不需要增加规划，m调整为m+1，返回步骤(4)进行下一任务需求的判断；
(6)针对待增加规划的任务需求，根据智能合约进行判断能否生成候选方案，若能够生成候选方案,则该航天器节点作为提案者将航天器节点ID、候选方案及合约得分进行投标，若存在并发规划，进入步骤(7)，若不存在并发规划，进入步骤(8)；若不能生成候选方案，则m调整为m+1，返回步骤(4)进行下一任务需求的判断；
(7)通过网络对候选方案合约得分进行排名，择优，择优结果形成共识规划结果，进入步骤(8)；
(8)规划结果写入规划链，更新区块链，完成该任务需求运控规划，m调整为m+1，返回步骤(4)进行下一任务需求的判断。
所述步骤(6)中，所述待增加规划的起始时间是(g+1)*T0，T0为每个规划周期的时间。
所述步骤(7)中，通过网络对候选方案合约得分进行排名的实现方式为，采用候选方案边广播边择优的方式，择优保留前N名。
广播的终点为Leader节点，即最终的共识结果在Leader节点生成。
执行时默认选择排名第一的规划方案执行，当存在高优先级任务插入，且与该规划冲突时，自动退化到排名第二的规划方案，并进行规划链更新；若有更高优先级任务再次插入时，依此类推，当无备选方案时，删除低优先级规划，进行规划链更新。
删除低优先级规划后，触发步骤(6)进行重新规划。
所述的区块链需求链，根据区块链航天器节点规模，能够进一步采用分组机制，将航天器节点划分为若干虚拟组，需求划分为对应的若干段，航天器节点第n组能够固定针对第n段需求做规划，减少重复规划。
针对单次遥感图像获取服务的一次性需求，采用先到先得的共识算法，即率先接收到一次性需求广播的航天器节点，立即进行规划，若生成候选方案,则将需求和生成的候选方案及合约得分一并广播，后续收到广播的节点不再进行规划。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明提出一种基于均匀分布的分布式共识方法，能够较快的生成共识规划，最大限度避免多颗卫星对同一需求进行重复规划，将遥感星群统一成一个整体，提高了星群间信息协同能力、自主感知及自主规划能力，操控模式简单，提高了效率，减少了并发性；
(2)本发明采用候选方案边广播边择优的方式，有效减少广播数据暴风，提高共识效率；
(3)本发明择优采用前N名保留的方法，支持高优先级任务高效、快速插入，支持低优先级规划的动态调整。
附图说明
图1为本发明的共识方法流程图；
图2为本发明的基于网络广播的排名择优示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行进一步解释和说明。
本发明针对动态变化监测服务、自主感知及动态规划服务等长期性需求，星群协作完成区域覆盖等协作需求以及单次遥感图像获取服务等一次性需求，提出一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法。
本发明中的区块链的核心为规划链，记录链包括需求链。
如图1所示，一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法，具体步骤包括：
(1)接收用户需求，进行用户验证。
(2)率先接收到用户需求的节点对需求广播，更新需求链。
(3)每个航天器节点从区块链中获取需求个数M，按照均匀分布生成随机数m，m属于[0,M-1]。
(4)从区块链中获取第m个任务需求，若该需求的规划链已规划周期个数g小于L，L可设定，例如某任务的监视周期为10分钟，L设置为9(或已规划的时长t小于T，T可设定，如T＝90分钟)，则该任务需求需要增加规划，进入步骤(6),若该需求的已规划周期个数大于等于L(或已规划的时长t大于等于T)，进入步骤(5)。
(5)该任务需求暂时不需要增加规划，m等于m加1，返回步骤(4)进行下一需求的已规划周期个数判断。
(6)针对待增加规划的任务需求，根据智能合约进行判断能否生成候选方案，若可以生成候选方案,则该航天器节点作为提案者将航天器节点ID、候选方案及合约得分进行投标，若存在并发规划，进入步骤(7)，若不存在并发规划，进入步骤(8)；若不能生成候选方案，则m调整为m+1，返回步骤(4)进行下一任务需求的判断。
待增加规划从第(g+1)个周期开始。
(7)采用候选方案边广播边择优的方式，对候选方案合约得分进行排名，择优保留前N名，如N＝3，择优结果形成共识规划结果，进入步骤(8)。
如图2所示，N＝3，节点A、B、C、D、E均能生成候选方案，得分排名顺序为C、D、A、B、E，投标方案经过E节点时，投标方案B、E将会被舍弃，不再广播，只对前3名C、D、A进行广播。
后续如果有更优候选方案，如M，则删除A。
广播的终点为Leader节点，即最终的共识结果在Leader节点生成。Leader节点采用Raft等算法产生。
(8)规划结果写入规划链，更新区块链，完成该任务需求运控规划，m调整为m+1，返回步骤(4)进行下一任务需求的判断。
执行时默认选择排名第一的规划方案执行，当存在高优先级任务插入，且与该规划冲突时，自动退化到排名第二的规划方案，并进行规划链更新；若有更高优先级任务再次插入时，依此类推，当无备选方案时，删除低优先级的规划，进行规划链更新。
无备选方案时，是指经过排名，择优后仅有一个规划，当存在高优先级任务插入，且与该规划冲突时，当前任务需求就没有备选方案，此时，将该规划删除，删除后，该规划的规划周期个数g小于设定值L，因此会触发步骤(6)进行重新规划。
本发明的区块链需求链，根据航天器节点规模，可进一步采用分组机制，如将航天器划分为K组，需求链也对应的划分为K段，航天器节点第n组可以固定针对第n段需求做规划，例如航天器z节点属于第3组，只对需求链第3段需求进行规划，第3段有F个需求，则生成随机数f，f属于[0,F-1]，进一步减少重复规划的可能性，分组可以动态调整。
针对单次遥感图像获取服务等一次性需求，除了上述方法，还可采用简化的先到先得的共识算法，即率先接收到一次性需求广播的航天器节点，立即进行规划，若可以生成候选方案,则将需求和生成的候选方案及合约得分一并广播，后续收到广播的节点不再进行规划。
本发明提供一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法，用于基于区块链的星群协同运控过程中高效形成规划共识，提出基于均匀分布的分布式共识方法，能够最大限度避免多颗卫星对同一需求进行规划，减少并发性提高效率，支持高优先级任务快速插入以及低优先级规划的动态调整，并采用候选方案边广播边择优的方式，有效减少广播数据暴风，提高共识效率。
以上所述，仅为本发明一个具体实施方式，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本领域技术人员的公知技术。
Claims (8)
1.一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法，其特征在于，所述区块链的核心链为规划链，记录链包括需求链；
基于区块链的星群协同运控规划共识方法包括如下步骤：
(1)接收用户需求，进行用户验证；
(2)率先接收到用户需求的航天器节点对需求广播，更新需求链；
(3)航天器节点从区块链的需求链中获取需求个数M，按照均匀分布生成随机数m，m属于[0,M-1]；
(4)从需求链中获取第m个任务需求，若该需求的规划链已规划周期个数g小于设定值L，或已规划的时长t小于设定值T，则该任务需求需要增加规划，进入步骤(6)；若该需求的已规划周期个数g大于等于L，或已规划的时长t大于等于设定值T，进入步骤(5)；
(5)该任务需求暂时不需要增加规划，m调整为m+1，返回步骤(4)进行下一任务需求的判断；
(6)针对待增加规划的任务需求，根据智能合约进行判断能否生成候选方案，若能够生成候选方案,则该航天器节点作为提案者将航天器节点ID、候选方案及合约得分进行投标，若存在并发规划，进入步骤(7)，若不存在并发规划，进入步骤(8)；若不能生成候选方案，则m调整为m+1，返回步骤(4)进行下一任务需求的判断；
(7)通过网络对候选方案合约得分进行排名，择优，择优结果形成共识规划结果，进入步骤(8)；
(8)规划结果写入规划链，更新区块链，完成该任务需求运控规划，m调整为m+1，返回步骤(4)进行下一任务需求的判断。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法，其特征在于：所述步骤(6)中，所述待增加规划的起始时间是(g+1)*T0，T0为每个规划周期的时间。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法，其特征在于：所述步骤(7)中，通过网络对候选方案合约得分进行排名的实现方式为，采用候选方案边广播边择优的方式，择优保留前N名。
4.根据权利要求3所述的一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法，其特征在于：广播的终点为Leader节点，即最终的共识结果在Leader节点生成。
5.根据权利要求1所述的一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法，其特征在于：执行时默认选择排名第一的规划方案执行，当存在高优先级任务插入，且与该规划冲突时，自动退化到排名第二的规划方案，并进行规划链更新；若有更高优先级任务再次插入时，依此类推，当无备选方案时，删除低优先级规划，进行规划链更新。
6.根据权利要求5所述的一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法，其特征在于：删除低优先级规划后，触发步骤(6)进行重新规划。
7.根据权利要求1所述的一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法，其特征在于：所述的区块链需求链，根据区块链航天器节点规模，能够进一步采用分组机制，将航天器节点划分为若干虚拟组，需求划分为对应的若干段，航天器节点第n组能够固定针对第n段需求做规划，减少重复规划。
8.根据权利要求1所述的一种基于区块链的星群协同运控规划共识方法，其特征在于：针对单次遥感图像获取服务的一次性需求，采用先到先得的共识算法，即率先接收到一次性需求广播的航天器节点，立即进行规划，若生成候选方案,则将需求和生成的候选方案及合约得分一并广播，后续收到广播的节点不再进行规划。
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