CN114614879A - 一种异构高并发动态站网资源需求的调度系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及地面站网资源调度技术领域，公开了一种异构高并发动态站网资源需求的调度系统及方法，该调度系统，包括接口解析器、任务分配器、任务规划器、任务调度器、发布器，任务规划器与任务分配器、任务调度器、发布器分别电相连，接口解析器、任务分配器电相连。本发明解决了现有技术存在的很难满足高并发多类型任务的调度要求等问题。

Description

一种异构高并发动态站网资源需求的调度系统及方法
技术领域
本发明涉及地面站网资源调度技术领域，具体是一种异构高并发动态站网资源需求的调度系统及方法。
背景技术
随着卫星类型、数量持续增多，越来越多的卫星根据任务需求会动态申请地面站网资源，完成上行测控及下行数传任务，不同业务场景存在不同交互接口，且考虑各类型地面站网设备能力情况，需要对任务冲突情况进行实时计算，在高并发动态需求处理时，必须考虑不同任务间对于有限地面资源的争夺情况，避免出现冲突资源重复分配。
目前主流的地面站网资源调度多采用专网调度的模式，针对搭建专用测控系统，如美国目前的测控系统包括NASA的航天测控系统、空军卫星控制网(AFSCN)、海军卫星控制网(Navy Satellite Control Network，NSCN)、陆军卫星控制网(Army Satellite ControlNetwork)和NOAA(National Oceanic and Atmospheric Administration)卫星控制网等卫星专用测控网，各子网对于其对应卫星进行测控资源规划，子网间不存在资源冲突情况，子网内部对于各类型动态需求多采用串行调度模式，当一个资源分配完成后再进行下一任务的规划，保证分配的资源不冲突。
随着航天测控性能不断提高，各类地面站网设备对于中、低轨航天器的支持差异性越来越小，为了有效降低地面站运行成本，提高地面资源利用效率，各国均在对多种测控子网进行合并，增加单站服务卫星数量，这也为地面资源调度能力提出了更高要求。
现有的串行调度模式以及单一业务类型很难满足高并发多类型任务的调度要求。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种异构高并发动态站网资源需求的调度系统及方法，解决现有技术存在的很难满足高并发多类型任务的调度要求等问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种异构高并发动态站网资源需求的调度系统，包括接口解析器、任务分配器、任务规划器、任务调度器、发布器，任务规划器与任务分配器、任务调度器、发布器分别电相连，接口解析器、任务分配器电相连；
其中，
接口解析器：用以对各类用户异构需求申请进行解析，并通知任务分配器有新申请到达；
任务分配器：用以接收接口解析器的申请到达消息，并查询事先配置的接口处理映射表，将该申请分配至对应的任务规划器；
任务规划器：用以获取申请的全部信息，根据自身处理逻辑完成自身所需弧段的筛选，并在弧段筛选后将期望使用的弧段发送至任务调度器进行弧段锁定请求；
任务调度器：用以动态维护全部地面站网资源的使用情况，将已分配计划信息通过内存数据库进行存储，收到任务规划器发送的弧段锁定请求后，根据优先顺序判断对应待锁定弧段的状态，如果为可锁定状态则将该弧段进行锁定并返回该弧段，如果没有可锁定弧段则返回空值；
发布器：用以在任务规划器收到任务调度器的返回信息后，接受任务规划器的调用，根据实际业务需要，生成及发送接口产品。
作为一种优选的技术方案，任务规划器的数量为一个或多个，若任务规划器的数量为多个，多个任务规划器之间相互通信。
一种异构高并发动态站网资源需求的调度方法，采用所述的一种异构高并发动态站网资源需求的调度系统，包括以下步骤：
S1，接口解析器对各类用户异构需求申请进行解析，并通知任务分配器有新申请到达；
S2，任务分配器接收接口解析器的申请到达消息，并查询事先配置的接口处理映射表，将该申请分配至对应的任务规划器；
S3，任务规划器获取申请的全部信息，根据自身处理逻辑完成自身所需弧段的筛选，并在弧段筛选后将期望使用的弧段发送至任务调度器进行弧段锁定请求；
S4，任务调度器动态维护全部地面站网资源的使用情况，将已分配计划信息通过内存数据库进行存储，收到任务规划器发送的弧段锁定请求后，根据优先顺序判断对应待锁定弧段的状态，如果为可锁定状态则将该弧段进行锁定并返回该弧段，如果没有可锁定弧段则返回空值；
S5，发布器在任务规划器收到任务调度器的返回信息后，接受任务规划器的调用，根据实际业务需要，生成及发送接口产品。
作为一种优选的技术方案，步骤S1中，接口解析器对各类用户异构需求申请进行解析的过程中，接口解析器将异构需求按照通用接口类型进行接口转换。
作为一种优选的技术方案，步骤S3包括以下步骤：
S31，任务规划器根据地面站网资源使用需求，进行潜在方案弧段的筛选；
S32，基于潜在方案弧段，进行可用弧段的遍历，计算弧段备选方案，完成弧段预锁定；
S33，根据预锁定弧段集合，判断并锁定需要的弧段，确定使用设备，释放其他弧段，生成规划结果并通知发布器。
作为一种优选的技术方案，步骤S31中，任务规划器结合卫星、规划日期、设备功能和/或使用约束，进行潜在方案弧段的筛选。
作为一种优选的技术方案，步骤S4中，任务调度器动态维护全部地面站网资源的使用情况的过程包括：根据不同地面站网资源的使用规则和约束，结合地面站网资源使用申请对应的可用弧段和冲突集信息，通过资源判断、标记和锁定，进行不同地面站网资源使用申请的冲突消解，合理安排所管理的地面站网资源。
作为一种优选的技术方案，进行不同地面站网资源使用申请的冲突消解的具体过程包括：在资源锁定时先进行资源预锁定，由任务调度器完成资源可用性判断，返回可用弧段用于任务规划，当资源处理预锁定状态时，任务规划器必须在10秒内完成资源确认并对确认弧段进行弧段锁定，并对其它预锁定弧段进行资源释放，同时系统设计超时释放模式，对于超过10秒仍未锁定的弧段，由系统进行弧段释放操作，保证弧段处于可用状态。
作为一种优选的技术方案，任务调度器在进行弧段预锁定及弧段锁定时进行单线程处理。
作为一种优选的技术方案，步骤S4中，任务调度器动态维护的地面站网资源类型包括：遥测单收设备、数传接收设备、全功能测控设备、测控数传综合设备、多波束设备和/或天基资源。
本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：
(1)本发明提出一套全新的地面资源调度模型，很将站网资源调度业务的各个模块解耦划分；
(2)本发明支持资源调度异构业务扩展，通过增加规划器来完成对于特殊业务的处理；
(3)本发明通过分配器的设计，支持高并发需求的快速分解，提高系统执行效率。
附图说明
图1为一种异构高并发动态站网资源需求的调度系统的结构示意图；
图2为一种异构高并发动态站网资源需求的调度方法的实施例的步骤示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1、图2所示，本发明针对上述问题和现有技术不足，基于异构高并发动态站网资源需求，提出一套动态调度系统，本系统将调度系统根据功能特点划分为接口解析器、任务分配器、任务规划器、任务调度器、发布器5大模块。
接口解析器针对异构需求，可通过解析器完成不同类型需求的解析，将异构需求按照通用接口类型进行接口转换，完成接口标准化后下发至任务分配器进行后续规划。任务分配器按照预先设定的分配规则，将不同类型的动态需求，分配至对应的任务规划器，完成对应业务的实际规划处理。任务规划器根据站网资源使用需求，结合卫星、规划日期、设备功能及使用约束等信息，进行潜在方案弧段的筛选；基于潜在方案弧段，进行可用弧段的遍历，计算弧段备选方案，完成弧段预锁定；根据预锁定弧段集合，判断并锁定需要的弧段，确定使用设备，释放其他弧段，生成规划结果并通知发布器。调试器完成全部站网资源任务调度器根据不同站网资源的使用规则和约束，结合站网资源使用申请对应的可用弧段和冲突集等信息，通过资源判断、标记和锁定，进行不同资源使用申请的冲突消解，合理安排所管理的站网资源，满足任务规划器提交的各类申请；支持遥测单收设备、数传接收设备、全功能测控设备、测控数传综合设备、多波束设备、天基资源等多类型站网资源的调度能力，保证分配的计划不冲突。发布器根据不同接口产品需求，生成对应的计划产品。
为了保证任务合理性，避免冲突任务产生，在资源锁定时先进行资源预锁定，由任务调度器完成资源可用性判断，返回可用弧段用于任务规划，当资源处理预锁定状态时，任务规划器必须在10秒内完成资源确认并对确认弧段进行弧段锁定，并对其它预锁定弧段进行资源释放，同时系统设计超时释放模式，对于超过10秒仍未锁定的弧段，由系统进行弧段释放操作，保证弧段处于可用状态。
任务调度器在整个系统中属于瓶颈模块，为保证资源分配的正确性，避免出现分配冲突弧段，任务调度器在进行弧段锁定、预锁定时需要进行单线程处理，在大量并发动态需求同时到达时，该模式响应效率慢，为此需要对任务调度器的单线程运行的范围进行精细化处理，只有针对相同设备且时间有交集的弧段才进入队列进行单线程等待，其余情况的弧段可直接进行资源预锁定或资源锁定，这样大大提高弧段锁定效率，同时又保证分配资源不冲突。
实施例2
如图1、图2所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例包含了实施例1的全部技术特征，除此之外，本实施例还包括以下技术特征：
首先阐述调度系统的核心组成(如图1所示)，展示了整个调度系统的5大模块，其中任务规划器为可扩展模块，根据实际业务类型可做定制化处理，增加任务规划器后只需通过任务分配器，将对应需求分配至对应模块即可进行对应规划处理，在实际软件部署时，采用微服务方式，可对不同模块进行多实例部署，达到负载均衡的目的。
基于异构需求高并发动态调度流程(如图2所示)展示了动态调度的整体流程。
(1)接口解析器完成对于各类型用户申请的解析，完成对各类型用网申请的格式转换，完成对各类接口的入库处理，同时通知任务分配器有新申请到达；
(2)任务分配器接收接口解析器的申请到达消息，查询事先配置的接口处理映射表，将该申请分配至对应的任务规划器；
(3)任务规划器内部通过接口获取申请的全部信息，根据自身处理逻辑完成自身所需弧段的筛选，筛选过程中主要包括航天器、业务类型、设备需求、时间范围等，完成弧段筛选后将期望使用的弧段发送至任务调度器进行弧段锁定，期望使用的弧段已根据满意度进行排序；
(4)任务调度器动态维护全部资源的使用情况，将已分配计划信息通过内存数据库进行存储，收到任务规划器发送的资源锁定请求后，根据优先顺序判断对应待锁定弧段的状态，如果为可锁定状态则将该弧段进行锁定并返回，如果没有可锁定弧段则返回空值；
(5)任务规划器收到任务调度器的返回后，根据实际结果调用发布器，根据实际业务需要，完成接口产品的生成及发送。
如上所述，可较好地实现本发明。
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异构高并发动态站网资源需求的调度系统，其特征在于，包括接口解析器、任务分配器、任务规划器、任务调度器、发布器，任务规划器与任务分配器、任务调度器、发布器分别电相连，接口解析器、任务分配器电相连；
其中，
接口解析器：用以对各类用户异构需求申请进行解析，并通知任务分配器有新申请到达；
任务分配器：用以接收接口解析器的申请到达消息，并查询事先配置的接口处理映射表，将该申请分配至对应的任务规划器；
任务规划器：用以获取申请的全部信息，根据自身处理逻辑完成自身所需弧段的筛选，并在弧段筛选后将期望使用的弧段发送至任务调度器进行弧段锁定请求；
任务调度器：用以动态维护全部地面站网资源的使用情况，将已分配计划信息通过内存数据库进行存储，收到任务规划器发送的弧段锁定请求后，根据优先顺序判断对应待锁定弧段的状态，如果为可锁定状态则将该弧段进行锁定并返回该弧段，如果没有可锁定弧段则返回空值；
发布器：用以在任务规划器收到任务调度器的返回信息后，接受任务规划器的调用，根据实际业务需要，生成及发送接口产品。
2.根据权利要求1所述的一种异构高并发动态站网资源需求的调度系统，其特征在于，任务规划器的数量为一个或多个，若任务规划器的数量为多个，多个任务规划器之间相互通信。
3.一种异构高并发动态站网资源需求的调度方法，其特征在于，采用权利要求1或2所述的一种异构高并发动态站网资源需求的调度系统，包括以下步骤：
S1，接口解析器对各类用户异构需求申请进行解析，并通知任务分配器有新申请到达；
S2，任务分配器接收接口解析器的申请到达消息，并查询事先配置的接口处理映射表，将该申请分配至对应的任务规划器；
S3，任务规划器获取申请的全部信息，根据自身处理逻辑完成自身所需弧段的筛选，并在弧段筛选后将期望使用的弧段发送至任务调度器进行弧段锁定请求；
S4，任务调度器动态维护全部地面站网资源的使用情况，将已分配计划信息通过内存数据库进行存储，收到任务规划器发送的弧段锁定请求后，根据优先顺序判断对应待锁定弧段的状态，如果为可锁定状态则将该弧段进行锁定并返回该弧段，如果没有可锁定弧段则返回空值；
S5，发布器在任务规划器收到任务调度器的返回信息后，接受任务规划器的调用，根据实际业务需要，生成及发送接口产品。
4.根据权利要求3所述的一种异构高并发动态站网资源需求的调度方法，其特征在于，步骤S1中，接口解析器对各类用户异构需求申请进行解析的过程中，接口解析器将异构需求按照通用接口类型进行接口转换。
5.根据权利要求4所述的一种异构高并发动态站网资源需求的调度方法，其特征在于，步骤S3包括以下步骤：
S31，任务规划器根据地面站网资源使用需求，进行潜在方案弧段的筛选；
S32，基于潜在方案弧段，进行可用弧段的遍历，计算弧段备选方案，完成弧段预锁定；
S33，根据预锁定弧段集合，判断并锁定需要的弧段，确定使用设备，释放其他弧段，生成规划结果并通知发布器。
6.根据权利要求5所述的一种异构高并发动态站网资源需求的调度方法，其特征在于，步骤S31中，任务规划器结合卫星、规划日期、设备功能和/或使用约束，进行潜在方案弧段的筛选。
7.根据权利要求6所述的一种异构高并发动态站网资源需求的调度方法，其特征在于，步骤S4中，任务调度器动态维护全部地面站网资源的使用情况的过程包括：根据不同地面站网资源的使用规则和约束，结合地面站网资源使用申请对应的可用弧段和冲突集信息，通过资源判断、标记和锁定，进行不同地面站网资源使用申请的冲突消解，合理安排所管理的地面站网资源。
8.根据权利要求7所述的一种异构高并发动态站网资源需求的调度方法，其特征在于，进行不同地面站网资源使用申请的冲突消解的具体过程包括：在资源锁定时先进行资源预锁定，由任务调度器完成资源可用性判断，返回可用弧段用于任务规划，当资源处理预锁定状态时，任务规划器必须在10秒内完成资源确认并对确认弧段进行弧段锁定，并对其它预锁定弧段进行资源释放，同时系统设计超时释放模式，对于超过10秒仍未锁定的弧段，由系统进行弧段释放操作，保证弧段处于可用状态。
9.根据权利要求8所述的一种异构高并发动态站网资源需求的调度方法，其特征在于，任务调度器在进行弧段预锁定及弧段锁定时进行单线程处理。
10.根据权利要求3至9任一项所述的一种异构高并发动态站网资源需求的调度方法，其特征在于，步骤S4中，任务调度器动态维护的地面站网资源类型包括：遥测单收设备、数传接收设备、全功能测控设备、测控数传综合设备、多波束设备和/或天基资源。
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