CN118138924A - 一种基于无线光链路增强的混合空间网络及网络调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于无线光链路增强的混合空间网络及网络调度方法，该方法中，任务发起终端响应于输入的至少一个传输请求，确定对应于各传输请求的调度策略。调度策略包括有线调度策略和无线调度策略。对于任一传输请求，任务发起终端在确定与该传输请求对应的调度策略为有线调度策略的情况下，向连接的接入网对应的网络控制器发送该传输请求。网络控制器在确定该传输请求符合预设规则的情况下，基于有线通信传输对应的业务信息。任务发起终端在确定该传输请求对应的调度策略为无线调度策略的情况下，基于无线光通信传输对应的业务信息，从而在复杂的通信业务场景中满足更高的带宽和灵活接入的需求。

Description

一种基于无线光链路增强的混合空间网络及网络调度方法

技术领域

本发明涉及空间网络通信技术领域，尤其涉及一种基于无线光链路增强的混合空间网络及网络调度方法。

背景技术

光纤通道(Fibre Channel，简称FC)技术是一种标准化的串行数据通信技术，支持双向点对点连接，可提供远距离和高带宽，能够在存储器、服务器和客户机节点间实现大型数据文件的传输。

目前，基于FC技术的空间网络，例如，FC-AE-1553空间网络，由于物理通道的限制，其带宽和灵活性均有限，在处理复杂的业务(例如，空间载荷业务)时，难以满足更高的带宽和灵活接入的需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于无线光链路增强的混合空间网络及网络调度方法，能够在复杂的通信业务场景中满足更高的带宽和灵活接入的需求。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一方面，本发明提供一种网络调度方法，应用于基于无线光链路增强的混合空间网络。该混合空间网络包括交换机、与交换机连接的至少一个骨干网。其中，对于至少一个骨干网中的任一骨干网，任一骨干网连接有至少一个接入网。对于至少一个接入网中的任一接入网，任一接入网包括的至少一个终端节点上连接有包括无线光通信模块的至少一个终端。交换机用于实现各终端之间的有线通信。无线光通信模块用于实现各终端之间的无线光通信。本发明提供的网络调度方法包括：对于至少一个终端中的任一终端，任一终端响应于输入的至少一个传输请求，确定对应于各传输请求的调度策略。其中，对于至少一个传输请求中的任一传输请求，任一传输请求对应一个传输业务。任一传输请求用于请求传输与任一传输请求对应的传输业务相关联的业务信息。调度策略包括有线调度策略和无线调度策略。有线调度策略包括基于有线通信传输对应传输业务；无线调度策略包括基于无线光通信传输对应传输业务。对于任一传输请求，任一终端在确定与该任一传输请求对应的调度策略为有线调度策略的情况下，向该任一终端连接的接入网对应的网络控制器发送任一传输请求。网络控制器在确定任一传输请求符合预设规则的情况下，基于有线通信传输任一传输请求对应的业务信息。对于任一传输请求，任一终端在确定与该任一传输请求对应的调度策略为无线调度策略的情况下，基于无线光通信传输任一传输请求对应的业务信息。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，对于任一传输请求，任一终端确定任一传输请求对应的传输业务的业务种类。业务种类包括周期性业务和突发性业务。任一终端基于任一传输请求对应的传输业务的业务种类，确定对应于任一传输请求的调度策略。

进一步，所述任一传输请求对应的传输业务的种类基于传输业务的执行频率、可靠程度、延时敏感程度以及传输速率中的至少一项确定。其中，可靠程度包括高可靠程度、中可靠程度和低可靠程度中的至少一项。延时敏感程度包括高敏感程度、中敏感程度和低敏感程度中的至少一项。

进一步，在任一传输请求对应的传输业务的业务种类为周期性业务的情况下，任一终端确定对应于任一传输请求的调度策略为有线调度策略。

进一步，在任一传输请求对应的传输业务的业务种类为突发性业务的情况下，任一终端基于传输业务对应的预设传输系数，确定对应于任一传输请求的调度策略。

进一步，预设传输系数包括带宽权重系数、延迟权重系数和丢包权重系数。

进一步，任一终端基于传输业务对应的预设传输系数，确定第一分值和第二分值。第一分值为任一终端基于有线调度策略传输所述传输业务对应的业务信息的得分。第二分值为任一终端基于无线调度策略传输所述传输业务对应的业务信息的得分。所述任一终端基于所述第一分值和第二分值，确定对应于所述任一传输请求的所述调度策略。

进一步，任一终端基于第一分值大于第二分值，且任一终端连接的接入网的网络负载率小于第一阈值，将对应于任一传输请求的调度策略确定为有线调度策略。任一终端基于第一分值大于第二分值，且任一终端连接的接入网的网络负载率大于或等于第一阈值，将对应于任一传输请求的调度策略确定为无线调度策略。

进一步，任一终端基于第二分值大于或等于第一分值，且任一终端包括的无线光通信模块的网络负载率小于第二阈值，将对应于任一传输请求的调度策略确定为无线调度策略。任一终端基于第二分值大于或等于第一分值，且任一终端包括的无线光通信模块的网络负载率大于或等于第二阈值，将对应于任一传输请求的调度策略确定为有线调度策略。

另一方面，本发明提供一种基于无线光链路增强的混合空间网络，包括交换机、与交换机连接的至少一个骨干网。其中，对于至少一个骨干网中的任一骨干网，任一骨干网连接有至少一个接入网。对于至少一个接入网中的任一接入网，任一接入网包括的至少一个终端节点上连接有包括无线光通信模块的至少一个终端。交换机用于实现各终端之间的有线通信。无线光通信模块用于实现各终端之间的无线光通信。

本发明的有益效果是：基于无线光链路增强的混合空间网络将OWC作为无线增强的手段使得接入网中的各终端节点可以直接相互通信，而不需要通过网桥和骨干网进行中继。从而减少骨干网网络业务的负载，减轻多级路径带来的较高故障率。该混合空间网络具有更高的网络性能、可靠性和适应性，满足未来太空探索的需求。并且，在选择传输通道时，通过综合考虑业务的带宽权重系数、时间敏感度权重系数和可靠性权重系数，结合本发明提供的混合空间网络当前的工作情况，根据最优计算结果选择业务的通信方式，能够在复杂的通信业务场景中满足差异化业务需求，并达到更优的网络性能。

附图说明

图1为本发明提供的一种基于无线光链路增强的混合空间网络的结构示意图；

图2为本发明提供的一种网络调度方法的流程示意图；

图3为本发明提供的一种确定调度策略的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。其中，在本申请的描述中，除非另有说明，“/”表示前后关联的对象是一种“或”的关系，例如，A/B可以表示A或B；本申请中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况，其中A,B可以是单数或者复数。并且，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或多于两个。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b，或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，a-b，a-c，b-c，或a-b-c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。另外，为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，在本申请的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。同时，在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。

光纤通道(Fibre Channel，简称FC)技术是一种标准化的高速串行数据通信技术，支持双向点对点连接，可提供远距离、高带宽和低误码的传输。光纤通道协议被广泛应用在能够在存储器、服务器和客户机节点间实现大型数据文件的传输的应用场景中。

目前，基于FC-AE-1553的空间网络采用了多级结构设计：上级是位于飞行器内部的骨干FC-AE-1555网络，即骨干网，下级是外部接入的FC-AE-553网络，即接入网。考虑到空间环境的复杂性，这两级网络使用不同的拓扑结构互连。

上级骨干网采用星状拓扑结构，并通过有源交换机进行节点连接，从而确保网络内部通信的有效性。而外部接入网则采用总线拓扑结构，利用无源分光器作为节点连接器，这种结构便于外部设备的接入，且有助于不同组件间的互联。接入网中的网络控制器(NC)同时作为上级骨干网的网络终端(NT)，实现两级网络之间的无缝集成与控制。

其中，骨干网的NC(网络控制器)作为整个多级网络的中央控制器，负责管理网络中多个任务和时间表的分配，并控制骨干网内不同NT(网络终端)之间的连接和通信。

在接入网中，一个NT与其他接入网中的另一个NT，通过骨干网交换机和两个分光器来建立连接，从而实现不同接入网络中的NT之间的通信。

因此，该系统支持骨干网内NT之间的通信、同一接入网内NT之间的通信、骨干网NT与接入网NT之间的通信，以及，不同接入网NT之间的通信。

可见，在现有的基于FC技术的空间网络架构下，两个接入网终端之间的通信需要依靠网桥和骨干网的多级网络来实现，这不仅占用了整个路径的网络带宽，而且由于多级路径，系统的故障率风险更大。

此外，现有的基于FC技术的空间网络架构还存在以下问题：(1)由于受到重量、体积和功耗等因素的约束，限制了其可扩展性。(2)设备的安装和接入位置会受到航天器的结构和设计的限制，可能导致网络设备无法安装在理想位置，从而影响网络性能和覆盖范围。(3)太空环境的极端条件和独特性质，使维护和更换网络设备需要大量的时间、精力和资源。这不仅增加了成本，还可能导致网络服务的中断或延迟。

然而，随着空间技术的发展以及空间应用需求的不断增长，对空间网络的网络服务量、网络承载能力的需求也随之不断增长。同时，太空应用任务和网络服务的多样化和复杂性对网络带宽、延迟和容量提出了更高的要求。

为了提高空间网络的性能，可以对空间网络进行优化。下面以基于FC-AE-1553协议的空间网络(简称，FC-AE-1553空间网络)为例，对现有技术中优化空间网络的方法进行详细说明。

在一种相关技术中，对于优化FC-AE-1553空间网络的研究，主要集中在光纤通道架构下优化，考虑各种拓扑结构和服务调度。如采用星形拓扑FC-AE-1553的网络，根据丢包率和带宽评估其性能，比特出错率低于10-8。无源光网络FC-AE-1553的体系结构，与星形拓扑和环形拓相比，延迟更低。

除了优化FC-AE-1553空间网络架构外，还有基于流量类型、信用或QoS的动态带宽分配策略的研究。虽然这些研究在一定程度上有助于提高网络带宽和服务质量，但对FC-AE-1553空间网络的优化受到了光纤信道网络理论上限的限制。

在另一种相关技术中，Sidelink技术可以通过设备之间的直接通信来实现数据传输，其核心是B2B通信。B2B通信无需基站或减少流通过基站，大大降低了通信延迟，能更有效地利用网络带宽。然而，由于FC-AE-1553空间网络的性质，在将航天器送入轨道之前，就需要将光纤电缆固定在舱壁内，在太空中修复或改造FC网络有线光纤连接可操作性很低。

基于上述现有的空间网络在处理复杂的业务(例如，空间载荷业务)时，难以满足更高的带宽和灵活接入的需求等问题，本发明提供一种基于无线光链路增强的混合空间网络及网络调度方法。

其中，该基于无线光链路增强的混合空间网络将OWC作为无线增强的方法。由于混合空间网络得到OWC扩展，因此，接入网中的节点可以直接相互通信，而不需要通过网桥和骨干网进行中继。从而减少网络带宽使用，减轻多级路径带来的较高故障率。该混合空间网络具有更高的网络性能、可靠性和适应性，满足未来太空探索的需求。在无线增强后，网络带宽可以扩大到原有空间网络的16倍以上，平均延迟降为12.7％，最低延迟降为42.5％。

为了使上述混合空间网络更好地适应业务需求和获得更好的运行状态，本发明提供的网络调度方法通过业务的带宽权重系数、延迟权重系数和丢包权重系数，结合本发明提供的混合空间网络当前的工作情况，选择业务的通信方式，从而动态适应业务需求，并选择更适配业务需求的传输方案。

参见图1，为本发明提供一种基于无线光链路增强的混合空间网络，包括交换机300、与交换机300连接的至少一个骨干网(例如，骨干网311)。其中，对于至少一个骨干网中的任一骨干网，以该任一骨干网为骨干网311为例，骨干网311连接有至少一个接入网(例如，接入网321)。对于至少一个接入网中的任一接入网，以该任一接入网为接入网321为例，接入网321包括的至少一个终端节点上连接有包括无线光通信模块的至少一个终端。例如，接入网321包括终端节点331和终端节点332等，终端节点331和终端节点332上均可以连接有包括无线光通信模块的终端。

需要说明的是，本申请中的骨干网和接入网均可以为FC网络，例如，FC-AE-1553网络，本申请中的骨干网和接入网还可以为MIL-STD-1553B网络或其他有线网络，本申请实施例不对骨干网和接入网的种类不予限制。本申请中的无线光通信模块可以发出如红外线、可见光、紫外线等可以作为传输媒介的光，本申请实施例不对无线光通信模块发出的光的种类做限制。

本申请实施例中，交换机用于实现连接在各接入网上的终端之间的有线通信。无线光通信模块用于实现包括该无线光通信模块的终端与其他包括无线光通信模块的终端之间的无线光通信。各终端可以基于包括的无线光通信模块组成可见光通信自组网使得连接在接入网上的各终端之间不仅仅依赖有线通信，还可以通过可见光建立无线光通信。无线光通信具有更宽的频谱和高速传输能力。在同等信息传输条件下，基于无线光通信的设备结构更紧凑、功耗更小，还具有不产生射频信号干扰、电磁抗扰度高的优点，适合空间信息网络的实施要求。

可见，本申请实施例提供的混合空间网络发挥了有线通信和无线光通信的优势，不但扩展了原有多级FC网络的功能并提高了其性能，还增加了通信网络的灵活性和可扩展性，为各通信设备之间提供了更通用、更可靠的通信网络。

下面结合图1，对连接在各骨干网和/或各接入网上的设备(例如，终端)进行的通信过程进行详细说明。

一、有线通信过程

在一些实施例中，连接在各骨干网对应的接入网上的各终端可以基于交换机进行有线通信。例如，连接在接入网321上的终端A与连接在接入网322上的终端B之间的通信过程为：终端A-接入网321-骨干网311-交换机300-骨干网312-接入网322-终端B。

在一些实施例中，连接在同一接入网上的各终端可以通过该接入网进行直接通信，例如，连接在接入网321上的终端A与终端C之间的通信过程为：终端A-接入网321-终端C。

在一些实施例中，连接在同一骨干网对应的不同接入网上的终端可以通过该骨干网和该不同接入网进行通信。例如，骨干网311对应有接入网321和接入网323。连接在接入网321上的终端A和连接在接入网323上的终端D之间的通信过程为：终端A-接入网321-骨干网311-接入网323-终端D。

二、无线光通信过程

在一些实施例中，连接在各骨干网对应的接入网上的各终端均包括无线光通信模块，各终端可以基于包括的无线光通信模块进行无线光通信。例如，终端A中可以包括光通信模块1，终端B中可以包括光通信模块2。连接在接入网321上的终端A与连接在接入网322上的终端B之间的通信过程为：光通信模块1-光通信模块2。

在一些实施例中，连接在同一接入网上的各终端可以通过无线光通信模块进行直接通信，例如，终端A中可以包括光通信模块1，终端C中可以包括光通信模块3，连接在接入网321上的终端A与终端C之间的通信过程为：光通信模块1-光通信模块3。

在一些实施例中，连接在同一骨干网对应的不同接入网上的终端可以通过该骨干网和该不同接入网进行通信。例如，骨干网311对应有接入网321和接入网323。连接在接入网321上的终端A可以包括光通信模块1，连接在接入网323上的终端D可以包括光通信模块4，则终端A和终端D之间的通信过程为：光通信模块1-光通信模块4。

在一些实施例中，本发明提供的基于无线光链路增强的混合空间网络在软件结构上可以包括物理和数据链路层、传输层以及应用层，从而支持该混合空间网络的双通信(有线通信和无线光通信)功能的实现。

其中，物理和数据链路层负责位同步恢复、信道编解码、链路建立、断开和链路恢复。在这种混合空间网络中，无线光物理信道与有线物理信道相分离。有线网络通过光缆与光学模块或高速电气收发器连接。无线光网络通过空闲空间与LED发射器和光电探测器接收器相连。有线网络的物理和数据链路层遵循一定的协议，例如，FC-PI和FC-PL标准协议。无线光网络的物理与数据链路层也遵循一定的协议，例如，IEEE 802.11bb标准协议。

传输层负责端到端通信、流量控制、数据分割、纠错、多路复用和多路分解。在这种混合空间网络中，无线光通信和有线通信的传输层是独立使用的。有线网络的传输层遵循一定的协议，例如，FC-FS和FC-AE-1555标准协议。无线网络的传送层也遵循一定的协议，例如，UDP(RFC 768)和TCP(RFC 9293)标准协议。

应用层负责上层网络的调度、数据的安全性、可靠性和私密性，控制任务的进程。它是用户交互的直接接口，用户行为会影响流量传输和卸载需求。在这种混合空间网络中，应用层可以包括四个关键模块：用户应用模块、流量管理模块、网络管理模块和时隙管理模块。其中，用户应用模块用于支持用户访问和系统配置交互，流量管理模块用于处理多优先级流量的调度和选择。网络管理模块用于监控、收集和计算网络参数，时隙管理模块用于为待执行业务划分时隙。

除了有线物理信道和无线光物理信道之外，还存在用于在一个特定独立终端中进行数据传输的选项。有线物理信道和无线光物理信道在传输层通过桥接模块连接，通过桥接模块可以从有线物理信道接收数据并转发到无线光物理信道，或者可以从无线光物理信道接收数据并直接转发到有线物理信道，而无需应用层的控制。

在一些实施例中，在各接入网的终端节点处设置无线光通信模块后，需要在遵循FC协议的多层架构的基础上，进一步扩展多层的以太网协议架构，并在应用层进行融合，这样才能使各终端节点同时支持有线通信和无线光通信。之后，将两种通信方式在应用层进行统一处理，这种优化架构提供了更灵活、高效的通信能力，使得各终端节点基于不同的通信需求，可以实现更强大的数据传输和任务处理能力。

也就是说，本发明提供的基于无线光链路增强的混合空间网络既可以实现有线通信，也可以实现无线光通信(也可称为无线光通信)。有线通信和无线光通信可以相互缓解对方的网络负载。并且，基于光通信模块的无线光通信不需要通过网桥和骨干网进行中继。从而减少网络带宽使用，减轻多级路径带来的较高故障率，能够在复杂的通信业务场景中满足更高的带宽和灵活接入的需求。

本发明提供的混合空间网络中的各终端由于均包括有光通信模块，因此，各终端既可以选择有线通信传输业务信息，也可以选择无线光通信传输业务信息。然而，有线通信和无线光通信的传输控制机制不同，调度方式也会有所不同。在此基础上，本发明还提供一种网络调度方法，参见图2，包括如下步骤S201-S204。

S201：任务发起终端响应于输入的至少一个传输请求，确定对应于各传输请求的调度策略。

其中，任务发起终端与目标接入网中的终端节点连接，任务发起终端中包括用于支持任务发起终端进行有线通信传输的光通信模块。

并且，一个传输请求对应一个传输业务，传输请求用于请求传输与该传输请求对应的传输业务相关联的业务信息。调度策略包括有线调度策略和无线调度策略。有线调度策略包括基于有线通信传输对应传输业务。无线调度策略包括基于无线光通信传输对应传输业务。

下面为了便于描述，以任务发起终端接收的至少一个传输请求中包括目标传输请求，与目标传输请求对应的传输业务为目标业务，与目标业务关联的业务信息为目标业务信息为例，对任务发起终端确定对应于目标传输请求的调度策略的方法进行详细描述。

在一些实施例中，任务发起终端在处理目标业务时，若接收到目标传输请求，则响应于目标传输请求，确定目标业务的业务种类。任务发起终端基于目标业务的业务种类，可以确定对应于目标传输请求的调度策略。

在一些实施例中，业务种类包括周期性业务和突发性业务。

其中，周期性业务Per_Traffic_j是可预知的业务，它的传输大小l_j、周期pt_j、源s_j与目的d_j都是确定的。在空间信息网络中，周期性业务所占的网络带宽极小(如广播时间、广播姿态信息等)。周期性业务可以表示为：

Per_Traffic_j＝[s_j,d_j,pt_j,l_j]。

突发性业务Bur_Traffic_k具有很大的随机和不确定性。它们可能在某段时间内持续出现，也可能以不规律的方式突然出现。突发性业务的数据特征包括时间、大小、速率、源和目的，都是不确定的。在空间信息网络中，突发性业务占据了相当大的网络带宽，而且突发性业务对时间的敏感程度及网络业务的吞吐量要求不尽相同。突发性业务可以表示为：

其中，α_k表示有效带宽的权重，β_k表示平均延迟的权重，γ_k表示丢包率的权重，这三个因素以及边缘参数(s_k,d_k)决定了所选突发性业务的物理信道。p_k表示业务优先级，b_k表示等待传输的业务缓冲区大小。表示倒计时次数，一旦突发流量Bur_Traffic_k被服务，将被设置回初始超时值，否则/>直到/>的值为0。当/>的值变为0时，突发性业务变为抢占业务，即具有尽可能快地提供服务的绝对优先级。对于一些具有高实时性要求的特殊突发性业务，可以将初始属性/>设置为0，直到业务得到服务。

可见，目标传输业务的种类可以基于目标业务的执行频率、可靠程度、延时敏感程度以及传输速率中的至少一项确定。其中，可靠程度可以包括高可靠程度、中可靠程度和低可靠程度中的至少一项。延时敏感程度可以包括高敏感程度、中敏感程度和低敏感程度中的至少一项。

在一些实施例中，若任务发起终端确定目标业务的业务种类为周期性业务，则可以进一步确定对应于目标传输请求的调度策略为有线调度策略，并执行下述步骤S202-S203。

在一些实施例中，若任务发起终端确定目标业务的业务种类为突发性业务，任务发起终端还可以基于目标业务对应的预设传输系数，确定对应于目标传输请求的调度策略。其中，预设传输系数包括带宽权重系数、延迟权重系数和丢包权重系数。

在一些实施例中，任务发起终端可以基于目标传输业务对应的预设传输系数，确定第一分值和第二分值。其中，第一分值为任务发起终端基于有线调度策略传输目标业务信息的得分。第二分值为任务发起终端基于无线调度策略传输目标业务信息的得分。任务发起终端基于第一分值和第二分值，可以确定对应于目标传输请求的调度策略。

在一些实施例中，参见图3，若任务发起终端确定第一分值大于第二分值，则可以获取与任务发起终端连接的接入网的网络负载率。

若任务发起终端确定与任务发起终端连接的接入网的网络负载率小于第一阈值，则将对应于目标传输请求的调度策略确定为有线调度策略，并执行下述步骤S202-S203。

若任务发起终端确定与任务发起终端连接的接入网的网络负载率大于或等于第一阈值，则将对应于目标传输请求的调度策略确定为无线调度策略，并执行下述步骤S204。

在一些实施例中，继续参见图3，若任务发起终端确定第二分值大于或等于第一分值，则可以获取任务发起终端中包括的无线光通信模块(本申请实施例中也可称为目标光通信模块)的网络负载率。

若任务发起终端确定目标光通信模块的网络负载率小于第二阈值，则将对应于目标传输请求的调度策略确定为无线调度策略，并执行下述步骤S204。

若任务发起终端确定目标光通信模块的网络负载率大于或等于第二阈值，则将对应于目标传输请求的调度策略确定为有线调度策略，并执行下述步骤S202-S203。

S202：任务发起终端向连接的接入网对应的网络控制器发送目标传输请求。

其中，由于有线通信所依赖的通信协议是一种遵循主从式通信模式的协议，由网络控制器(NC)主导通信过程。在该协议框架下，所有的与骨干网或接入网连接的终端进行信息传输前，均需要向NC提交业务请求。随后，NC会依据终端的请求或是来自网络系统更上层的操作需求，确定是否允许传输对应的信息。

S203：网络控制器在确定目标传输请求符合预设规则的情况下，基于有线通信传输目标业务信息。

基于S202中的描述，任务发起终端向对应的NC提交业务请求后，若NC确定允许传输对应的信息，则可以基于有线通信传输该信息。即，NC在确定目标传输请求符合预设规则的情况下，基于有线通信传输目标业务信息。

S204：任务发起终端基于无线光通信传输目标业务信息。

其中，由各无线光通信模块组成的无线光通信网络基于的是一个对等式的通信协议。因此，接入该无线光通信网络的各终端可以直接启动通信过程，而无需将业务发送到NC进行审批，能够有效支持快速的数据交换和处理。

根据上述描述，基于交换机、各骨干网各接入网的传输可以被称为有线传输，基于各光通信模块的传输可以被称为无线光传输，为了便于描述，可以将有线传输所依赖的网络称为FC网络，将无线光传输所依赖的网络称为LiFi网络，对周期性业务基于FC网络的传输过程、突发性业务基于FC网络或LiFi网络的传输过程进行详细说明。

在一些实施例中，在FC网络中，可以采用基于时间片的业务调度方案。该方案将网络调度划分为固定时间的小周期，在每个小周期内为各个节点分配待执行业务。根据网络带宽将不同的业务转换为相应的时隙大小。因此，业务分配和管理也就是不同业务在小周期内时隙大小的调度。

在一些实施例中，为了同时兼顾FC网络和LiFi网络的传输特性，本发明提供的混合空间网络可以采用双通道时间轴管理策略：一个时间轴用于管理FC业务(基于FC网络传输的业务)，另一个时间轴用于管理LiFi业务(基于LiFi网络传输的业务)。这两个业务时间轴的分配是相等且同步的，但由于两种网络的带宽不同，同一时间内所承载的业务量也不同。

对于FC网络中待执行的消息，仍然需要遵循特定的协议，例如，FC-AE-1553协议。消息的一部分是NC直接安排的周期性业务时隙，另一部分是NT(终端)动态请求后得到的时隙。每个NT可以按周期调度一种业务。对于LiFi网络中待执行的消息，只要时隙没有被充分利用，就可以提供多种类型的业务。

对于LiFi网络中待执行的消息，可以在时间片未用满的前提下，服务多个多种业务。

通过这种方式，本发明提供的混合空间网络可以同时支持FC业务和LiFi业务，并在时间上进行合理的调度和分配。任务发起终端可以根据需要选择合适的网络进行通信，从而实现更高效和灵活的数据传输。

在一些实施例中，针对周期性业务，根据其频率特点，调整周期性业务的时隙分配，以尽量减少其在小周期内的占比。对于突发性业务，将其分为具有绝对优先级的抢占式业务和多优先级的突发性业务，这两类业务有独立的待执行队列。FC的时间线仍然使用原始的周期性区域和动态区域，LiFi网络则是一个完全动态的区域。周期性业务分配在具有强时间确定性的FC时间轴的周期性区域中执行，而突发性业务可以利用混合网异构双通道双时间轴执行，即同时分配在FC和LiFi时间轴的动态区域中。具体分配方案如下：

周期性业务的所有周期都可以被分为小周期SP。小周期越大，网络带宽利用率越高。小周期的时间越短，业务分配就越灵活，业务传输所需的时间就越短。小周期可以用所有任务周期GCD{pt₁,pt₂,…,pt_N}的最大公约数来划分，确保周期性任务可以在周期区内有序间隔地排列。即：

在空间信息系统中，周期流量的周期通常为秒级，而小周期通常为微秒级。周期性业务不需要逐个传输，也不需要在不同的小周期中调度，因此比率η_i(周期性业务的时间在总业务的时间中的占比)相对较小。如果系统中只有少数周期性业务，则大多数情况下比值可能为0。这允许有更多的时间来分配突发性业务。

在一些实施例中，如果周期性业务的总数量N不大于周期性业务最小周期MIN{pt₁,pt₂,…,pt_N}除以小周期SP的因子，则可以在每个小周期中逐个分配周期性业务。假设Per_Traffic_j是在第J个小循环中分配的，那么下次该业务将在第个循环中分配。

当周期性业务的最小周期是所有周期性业务的最大公约数时(在空间信息系统中，周期通常是0.5秒的整数倍)，不同类型的周期性业务将不会出现在同一个小周期中。由于时段的类型，在到达时段限制之前，业务不会重复。n_period表示一个小周期中的周期性业务的数量，并且它随着周期性业务的总数n线性增加，如下所示:

其中，为了便于时隙管理，可以将小周期划分为多个相等的最小片段Δτ。N_s表示一个小周期中的片段数。即：

业务在小周期内的占用状态可以用时隙数组ST_i表示，t_l表示时隙的索引。

其中，1表示被占用，0表示未被占用。

在一些实施例中，若l_j表示为周期性业务分配的时间片的个数，则可以得到真实的周期性业务的时隙占比Θ_i：

其中，pt_j为周期性业务/>对应的周期时间。

在一些实施例中，对于突发性业务，可以根据突发性业务的优先级，按降序重新排序，并整合具有相同优先级的业务。

Bur_Traffic_i[p]表示优先级为p的突发业务的集合，p为正整数，q表示相同优先级流量类型的数量。

Bur_Traffic_k＝{Bur_Traffic_k[1],…,Bur_Traffic_k[P_max]}；

P_max＝MAX[Bur_Traffic_k.priority]；

Bur_Traffic_k[p]＝{Bur_Traffic_k[p][1],Bur_Traffic_k[p][2],…,Bur_Traffic_k[p][Q_p,max]}；

Q_p,max＝MAX[q_p]。

在一些实施例中，基于各业务的优先级，可以确定各业务被选择的概率。例如，对于优先级为p的业务，被选择的概率为：

在一些实施例中，相同优先级的业务，被选择的概率相同。

在一些实施例中，可以用G.fEdge表示FC网络，可以用G.lEdge表示LiFi网络，则终端的原点S和目的节点D可以分别表示为：

S＝Bur_Traffic_k[p][q].s_id；

D＝Bur_Traffic_k[p][q].d_id。

其中，由于无线LiFi信道的路径中没有中继，而FC信道的路径可能会穿过对应的骨干网，这意味着基于FC信道传输的业务需要在下一次跳跃时排队。由于数据包到达的时间是随机的，理想的情况是在下一个周期中服务这种类型的业务，而最坏的情况是刚刚服务过这种类型的业务，如果中继终端有p优先级的业务，则等待时间范围将从0扩展到执行整个多优先级队列的持续时间。其中，等待时间queueingtime的范围可以表示为：

在一些实施例中，基于前述S201中的描述，可以基于如下公式确定第一得分和第二得分：

其中，为带宽权重系数，为延迟权重系数，Bur_Traffic_k[p][q].packet_loss_wf为掉包权重系数。G.Edge(S,D).Bandwidth为带宽，G.Edge(S,D).Latency为延迟时间，G.Edge(S,D).Loss为丢包率。

在一些实施例中，由于FC网络和LiFi网络的传输速率不相等，所以对相同的业务需要在FC时间轴和LiFi时间轴上的不同时隙中进行量化。

其中，l_fpq为在FC网络中传输的时隙，l_lpq为在LiFi网络中传输的时隙。

在一些实施例中，突发性业务在基于FC网络传输时，时隙l_fpq可以表示为：

其中，Bur_Traffic_k[p][q].buffer表示突发性业务对应的数据量，G.fEdge(Bur_Traffic_k[p][q].s_id,Bur_Traffic_k[p][q].d_id).eff_bandwidth表示突发性业务对应的传输速率。

在一些实施例中，突发性业务在基于LiFi网络传输时，时隙l_lpq可以表示为：

在一些实施例中，若FC时隙占用由阵列由FC_ST表示，LiFi时隙占用由数组由LiFi_ST表示。在小周期内，当多优先级突发业务队列先选择通过FC信道传输业务，并且存在可用的LiFi时隙时，该队列需要从队列中有序地选择另一个业务通过LiFi信道传输。对应的，当多优先级突发业务队列先选择通过LiFi信道传输的业务，并且存在可用的FC时隙时，该队列需要以有序的方式从队列中选择另一个业务以通过FC信道传输。

如果已经为多优先级突发业务队列选择了LiFi和FC时隙，并且仍然存在可用的LiFi时隙，则可以继续以顺序的方式从多优先级突发业务队列中的未决执行列表中选择未决业务，直到LiFi时隙被完全占用。

可见，在本发明提供的网络调度方法中，多优先级突发性业务根据其优先级在终端上获得差异化的服务，并使用超时策略保护低优先级业务的传输。此外，限制了业务分配的最低带宽。终端在选择异构物理通道时，通过综合评估不同通道的带宽、延迟和丢包率等性能差异，以及不同业务对于网络性能的权重要求，生成综合评估分数，并根据此结果选择最适合的路径。终端将不断检测、统计业务传输的结果，反馈优化相应路径的网络参数，形成闭环的网络优化选择策略，为后续的业务传输提供更好的选择依据。

在一些方案中，可以对本申请的多个实施例进行组合，并实施组合后的方案。可选的，各方法实施例的流程中的一些操作任选地被组合，并且/或者一些操作的顺序任选地被改变。并且，各流程的步骤之间的执行顺序仅是示例性的，并不构成对步骤之间执行顺序的限制，各步骤之间还可以是其他执行顺序。并非旨在表明所述执行次序是可以执行这些操作的唯一次序。本领域的普通技术人员会想到多种方式来对本文所述的操作进行重新排序。另外，应当指出的是，本文某个实施例涉及的过程细节同样以类似的方式适用于其他实施例，或者，不同实施例之间可以组合使用。

此外，方法实施例中的某些步骤可等效替换成其他可能的步骤。或者，方法实施例中的某些步骤可以是可选的，在某些使用场景中可以删除。或者，可以在方法实施例中增加其他可能的步骤。并且，各方法实施例之间可以单独实施，或结合起来实施。

通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将系统的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(read only memory，ROM)、随机存取存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种网络调度方法，其特征在于，应用于基于无线光链路增强的混合空间网络，所述混合空间网络包括交换机、与所述交换机连接的至少一个骨干网；其中，对于所述至少一个骨干网中的任一骨干网，所述任一骨干网连接有至少一个接入网；对于所述至少一个接入网中的任一接入网，所述任一接入网包括的至少一个终端节点上连接有包括无线光通信模块的至少一个终端；所述交换机用于实现各所述终端之间的有线通信；所述无线光通信模块用于实现各所述终端之间的无线光通信；所述方法包括：

对于所述至少一个终端中的任一终端，所述任一终端响应于输入的至少一个传输请求，确定对应于各所述传输请求的调度策略；其中，对于所述至少一个传输请求中的任一传输请求，所述任一传输请求对应一个传输业务；所述任一传输请求用于请求传输与所述任一传输请求对应的传输业务相关联的业务信息；所述调度策略包括有线调度策略和无线调度策略；所述有线调度策略包括基于所述有线通信传输对应传输业务；所述无线调度策略包括基于所述无线光通信传输对应传输业务；

对于所述任一传输请求，所述任一终端在确定与所述任一传输请求对应的调度策略为所述有线调度策略的情况下，向所述任一终端连接的接入网对应的网络控制器发送所述任一传输请求；

所述网络控制器在确定所述任一传输请求符合预设规则的情况下，基于所述有线通信传输所述任一传输请求对应的业务信息；

对于所述任一传输请求，所述任一终端在确定与所述任一传输请求对应的调度策略为无线调度策略的情况下，基于所述无线光通信传输所述任一传输请求对应的业务信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述任一终端响应于输入的至少一个传输请求，确定对应于各所述传输请求的调度策略，包括：

对于所述任一传输请求，所述任一终端确定所述任一传输请求对应的传输业务的业务种类；所述业务种类包括周期性业务和突发性业务；

所述任一终端基于所述任一传输请求对应的传输业务的业务种类，确定对应于所述任一传输请求的所述调度策略。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述任一传输请求对应的传输业务的种类基于所述传输业务的执行频率、可靠程度、延时敏感程度以及传输速率中的至少一项确定；所述可靠程度包括高可靠程度、中可靠程度和低可靠程度中的至少一项；所述延时敏感程度包括高敏感程度、中敏感程度和低敏感程度中的至少一项。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述任一终端基于所述任一传输请求对应的传输业务的业务种类，确定对应于所述任一传输请求的所述调度策略，包括：

在所述任一传输请求对应的传输业务的业务种类为周期性业务的情况下，所述任一终端确定对应于所述任一传输请求的所述调度策略为所述有线调度策略。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述任一终端基于所述任一传输请求对应的传输业务的业务种类，确定对应于所述任一传输请求的所述调度策略，包括：

在所述任一传输请求对应的传输业务的业务种类为突发性业务的情况下，所述任一终端基于所述传输业务对应的预设传输系数，确定对应于所述任一传输请求的所述调度策略。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述预设传输系数包括带宽权重系数、延迟权重系数和丢包权重系数。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述任一终端基于所述传输业务对应的预设传输系数，确定对应于所述任一传输请求的所述调度策略，包括：

所述任一终端基于所述传输业务对应的预设传输系数，确定第一分值和第二分值；所述第一分值为所述任一终端基于所述有线调度策略传输所述传输业务对应的业务信息的得分；所述第二分值为所述任一终端基于所述无线调度策略传输所述传输业务对应的业务信息的得分；

所述任一终端基于所述第一分值和第二分值，确定对应于所述任一传输请求的所述调度策略。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述任一终端基于所述第一分值和第二分值，确定对应于所述任一传输请求的所述调度策略，包括：

所述任一终端基于所述第一分值大于所述第二分值，且所述任一终端连接的接入网的网络负载率小于第一阈值，将对应于所述任一传输请求的调度策略确定为所述有线调度策略；

所述任一终端基于所述第一分值大于所述第二分值，且所述任一终端连接的接入网的网络负载率大于或等于第一阈值，将对应于所述任一传输请求的调度策略确定为所述无线调度策略。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述任一终端基于所述第一分值和第二分值，确定对应于所述任一传输请求的所述调度策略，包括：

所述任一终端基于所述第二分值大于或等于所述第一分值，且所述任一终端包括的无线光通信模块的网络负载率小于第二阈值，将对应于所述任一传输请求的调度策略确定为所述无线调度策略；

所述任一终端基于所述第二分值大于或等于所述第一分值，且所述任一终端包括的无线光通信模块的网络负载率大于或等于第二阈值，将对应于所述任一传输请求的调度策略确定为所述有线调度策略。

10.一种基于无线光链路增强的混合空间网络，其特征在于，包括：交换机、与所述交换机连接的至少一个骨干网；其中，对于所述至少一个骨干网中的任一骨干网，所述任一骨干网连接有至少一个接入网；对于所述至少一个接入网中的任一接入网，所述任一接入网包括的至少一个终端节点上连接有包括无线光通信模块的至少一个终端；所述交换机用于实现各所述终端之间的有线通信；所述无线光通信模块用于实现各所述终端之间的无线光通信。