一种面向多用户资源申请的弧段复用融合方法

本发明属于航天测控网中设备资源调度利用方法技术领域，具体涉及一种面向多用户资源申请的弧段复用融合方法。

近年来我国航天事业飞速发展，随着在轨航天器数量快速增加，多业务用户任务需求呈现井喷式增加，地面测控设备资源用网需求矛盾日渐紧张突出。传统全弧段分配方式会为设备分配比任务规划实际所需时间更多的时间，一方面降低了设备空闲率，减少了设备提供服务数量，另一方面造成了大量非必要冲突，降低了任务分配成功率。

本发明的目的在于提供一种面向多用户资源申请的弧段复用融合方法，解决了现有资源调度方法难以应对当前地面测控设备资源紧张的问题。

本发明所采用的技术方案是：一种面向多用户资源申请的弧段复用融合方法，包括以下步骤：

步骤1、基于在轨航天器观测预报数据集、设备退网状态信息和设备工作计划信息，构建地基设备可视弧段窗口集合；

步骤2、基于全网地基测控数传设备信息和工作内容兼容配置信息，构建细粒度工作内容冲突检测规则；

步骤3、建立资源申请标准化接口规范，统一受理多个业务用户申请，并对异构申请进行预处理转换；

步骤4、应用工作内容冲突判断的启发式规则，进行弧段冲突检查，获取冲突弧段窗口集合；

步骤5、计算用户申请窗口内的冗余空闲可用窗口集合，迭代进行弧段约束满足检查，生成申请弧段的可用跟踪窗口；

步骤6、检索所有处于已分配状态的相关弧段集合，进行并集融合处理，重构弧段工作内容，并更新地基设备可视弧段窗口集合。

本发明的特点还在于，

步骤1中，初始化地基设备可视弧段状态时需要综合检索在轨航天器观测预报信息、设备退网状态信息和设备工作计划信息，共有5种状态：空闲、待分配、已分配、已拒绝、不可用；其中，空闲状态对应于设备在指定时段对航天器任务可视且没有业务用户申请，待分配状态对应于设备在指定时段对航天器任务可视、有业务用户申请但未安排工作计划，已分配状态对应于设备在指定时段已经给用户安排工作计划，已拒绝状态对应于设备在指定时段拒绝给某用户安排工作计划，不可用状态对应于指定时段内设备不可用导致无法给用户安排工作计划。

步骤2中构建的细粒度工作内容冲突检测规则表示如下。

ClashRule＝{Index,DevCode,SubFactorA,SubFactorB，ClashFlag}

表1细粒度工作内容冲突检测规则描述

步骤3中建立的资源申请标准化接口规范表示如下。

表2资源申请标准化接口规范描述

步骤4中进行弧段冲突检查的具体步骤为：

步骤4.1、遍历检索子网A中是否存在与待处理弧段时间有重叠的相关弧段，如果存在，那么弧段状态置为已拒绝；如果不存在，那么进入下一步；

步骤4.2、遍历检索子网B中是否存在与待处理弧段时间有重叠的相关弧段，如果不存在，那么弧段状态置为满足；如果存在，那么进入下一步；

步骤4.3、遍历检索子网B相关弧段任务代号是否相同，如果不同，那么弧段状态置为已拒绝；如果相同，那么进入下一步；

步骤4.4、遍历检索子网B相关弧段弧段性质及工作内容兼容性是否兼容，如果兼容，那么弧段状态置为满足；如果不兼容，那么弧段状态置为已拒绝。

步骤5中的弧段约束包括任务设备支持约束、跟踪时长约束、最高仰角约束和系统保护约束，单圈次弧段跟踪效能价值计算如公式(1)所示：

式(1)中，Srv表示设备所有圈次弧段跟踪效能价值，Srv＝{Srv1,Srv2,...,Srvn}，Srvi表示第i圈弧段跟踪效能价值，n表示设备所有跟踪弧段；BaseSi表示设备基线跟踪价值，依据设备基础支持工作内容加权计算，Factorp表示设备细分测运控相关工作内容，m表示设备支持的所有细分测运控相关工作内容数量，Wp表示对应权重系数，Nj表示跟踪弧段数；RealSi表示实际跟踪价值，Np表示设备工作内容的实际服务用户数量。

步骤6中进行并集融合处理的对象为多个用户申请的工作内容和时间段。

本发明的有益效果是：本发明一种面向多用户资源申请的弧段复用融合方法，能够定量评估地基设备弧段跟踪效能，以地基设备为基础测运控功能配置单元，对在轨航天器观测预报数据集中所有的地基设备可视弧段窗口进行时间分片化管理，生成优选弧段复用方案，通过融合处理各相关业务用户资源申请的工作内容，实现了对设备跟踪弧段工作内容的精细化复用，有效提高了设备的单圈次弧段跟踪效能价值。

图1是本发明一种面向多用户资源申请的弧段复用融合方法的流程图；

图2是本发明一种面向多用户资源申请的弧段复用融合方法步骤4中的弧段冲突判断逻辑流程图；

图3是本发明一种面向多用户资源申请的弧段复用融合方法中单用户申请弧段场景下融合处理结果示意图；

图4是本发明一种面向多用户资源申请的弧段复用融合方法中多用户申请弧段存在重叠场景下融合处理结果示意图；

图5是本发明一种面向多用户资源申请的弧段复用融合方法中多用户申请弧段不重叠场景下融合处理结果示意图。

下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种面向多用户资源申请的弧段复用融合方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、基于在轨航天器观测预报数据集、设备退网状态信息和设备工作计划信息，构建地基设备可视弧段窗口集合；初始化地基设备可视弧段状态时需要综合检索在轨航天器观测预报信息、设备退网状态信息和设备工作计划信息，共有5种状态：空闲、待分配、已分配、已拒绝、不可用；其中，空闲状态对应于设备在指定时段对航天器任务可视且没有业务用户申请，待分配状态对应于设备在指定时段对航天器任务可视、有业务用户申请但未安排工作计划，已分配状态对应于设备在指定时段已经给用户安排工作计划，已拒绝状态对应于设备在指定时段拒绝给某用户安排工作计划，不可用状态对应于指定时段内设备不可用导致无法给用户安排工作计划。

步骤2、基于全网地基测控数传设备信息和工作内容兼容配置信息，构建细粒度工作内容冲突检测规则。细粒度处理是将传统设备工作内容按照不同业务用户进一步细分，比如将上行遥控细分成测控中心遥控和业务中心遥控，将数传细分成下行高速数传、下行低速数传、上行低速数传等。该步骤将为全网每一套地基设备生成对应的细粒度工作内容的冲突检测规则，表示如下：

ClashRule＝{Index,DevCode,SubFactorA,SubFactorB，ClashFlag}

表1细粒度工作内容冲突检测规则描述

步骤3、建立资源申请标准化接口规范，统一受理多个业务用户申请，并对异构申请进行预处理转换；其中建立的资源申请标准化接口规范表示如下。

表2资源申请标准化接口规范描述

步骤4、应用工作内容冲突判断的启发式规则，进行弧段冲突检查，获取冲突弧段窗口集合；其中冲突检测过程主要通过检查设备代号、弧段时间、任务代号、弧段性质及工作内容兼容性，进而确定弧段状态，具体步骤如图2所示，包括：

步骤4.1、遍历检索子网A中是否存在与待处理弧段时间有重叠的相关弧段，如果存在，那么弧段状态置为已拒绝；如果不存在，那么进入下一步；

步骤4.2、遍历检索子网B中是否存在与待处理弧段时间有重叠的相关弧段，如果不存在，那么弧段状态置为满足；如果存在，那么进入下一步；

步骤4.3、遍历检索子网B相关弧段任务代号是否相同，如果不同，那么弧段状态置为已拒绝；如果相同，那么进入下一步；

步骤4.4、遍历检索子网B相关弧段弧段性质及工作内容兼容性是否兼容，如果兼容，那么弧段状态置为满足；如果不兼容，那么弧段状态置为已拒绝。

步骤5、计算用户申请窗口内的冗余空闲可用窗口集合，迭代进行弧段约束满足检查，生成申请弧段的可用跟踪窗口；其中的弧段约束包括任务设备支持约束、跟踪时长约束、最高仰角约束和系统保护约束，单圈次弧段跟踪效能价值计算如公式(1)所示：

式(1)中，Srv表示设备所有圈次弧段跟踪效能价值，Srv＝{Srv1,Srv2,...,Srvn}，Srvi表示第i圈弧段跟踪效能价值，n表示设备所有跟踪弧段；BaseSi表示设备基线跟踪价值，依据设备基础支持工作内容加权计算，Factorp表示设备细分测运控相关工作内容，m表示设备支持的所有细分测运控相关工作内容数量，Wp表示对应权重系数，Nj表示跟踪弧段数；RealSi表示实际跟踪价值，Np表示设备工作内容的实际服务用户数量。

步骤6、检索所有处于已分配状态的相关弧段集合，进行并集融合处理，重构弧段工作内容，并更新地基设备可视弧段窗口集合；其中进行并集融合处理的对象为多个用户申请的工作内容和时间段。

图3是对于只有单用户申请的情况，融合处理结果等于原申请弧段。

图4是多个用户进行资源申请的情况，如果用户A与用户B的申请弧段窗口出现交叠，则将所有的交叠申请重新融合为一个新的弧段工作计划，其工作内容和开始|结束时间段将取最大并集。

图5是对于申请时间段与已分配弧段计划没有任何交叠的情况，则将分别生成独立的弧段工作计划。

通过上述方式，本发明一种面向多用户资源申请的弧段复用融合方法实现了：1)以地基设备为基础测运控功能单元，通过为全网每一套地基设备生成对应的细粒度工作内容的冲突检测规则；2)统一入口受理多个业务用户申请，建立资源申请标准化接口规范，并对不同类型用户申请进行预处理转换，屏蔽用户接口差异；3)提供一种定量评估地基设备弧段跟踪效能方法，生成优选弧段复用方案；4)能够对设备可视弧段窗口进行时间分片化管理，通过融合处理各相关业务用户资源申请的工作内容，实现了对设备跟踪弧段工作内容的精细化复用。

实施例

以某颗同步轨道卫星任务SC0为例，动态融合处理2020年11月30日0时至12月06日0时期间的所有业务用户申请，包括以下步骤：

S1，基于在轨航天器观测预报数据集、设备退网状态信息和设备工作计划信息，构建地基设备可视弧段窗口集合。

表3航天器SC0地基设备可视弧段窗口集合

表3中设备Device1对目标航天器全时可见(设备仰角为45.56。)，可视弧段窗口集合中共9条弧段，有3条已分配弧段(包括弧段2、4、6)，1条不可用弧段(弧段8，设备退网维护)，剩余5条空闲弧段(包括弧段1、3、5、7、9)。

S2，基于全网地基测控数传设备信息和工作内容兼容配置信息，构建细粒度工作内容冲突检测规则。

表4细粒度工作内容冲突检测规则

表4节选了设备部分细粒度冲突检测规则，ClashFlag为冲突标识(1表示同时兼容，2表示分时，3表示上行分时)，共有7条冲突规则(2、3、4、5、6、7、13)。

S3，建立资源申请标准化接口规范，统一受理多个业务用户申请，并对异构申请进行预处理转换。

表5业务用户申请表

表5中3个业务用户8个申请，用户A采用210版本接口，用户B采用110版本接口，用户C采用310版本接口。

S4，应用工作内容冲突判断的启发式规则，进行弧段冲突检查，获取冲突弧段窗口集合。

表6初始冲突弧段窗口

表6中应用工作内容冲突判断的启发式规则生成的初始冲突弧段窗口：

1)申请弧段000000101属于空闲时段，该弧段没有冲突弧段；

2)申请弧段000000102与已分配弧段000000051时间有重叠，但细分工作内容同为TM9，依据表4的冲突检测规则，属于同时兼容；

3)申请弧段000000103与已分配弧段000000052时间有重叠，但细分工作内容不同，依据表4的冲突检测规则，属于分时冲突；

4)申请弧段000000104与已分配弧段000000053时间有重叠，虽然细分工作内容不同，依据表4的冲突检测规则，属于同时兼容；申请弧段000000104与已分配弧段F00000001的重叠时间，表示设备不可用时段；

5)申请弧段000000105、000000106、000000107、000000108与申请弧段000000104情况类似。

S5，计算用户申请窗口内的冗余空闲可用窗口集合，迭代进行弧段约束满足检查，生成申请弧段的可用跟踪窗口。

表7冗余空闲可用窗口

表7为生成的冗余空闲可用窗口集合：

1)申请弧段000000101只有1个可用窗口；

2)申请弧段000000102有2个可用窗口，2020-11-30 10:00-2020-11-30 12:00属于工作内容兼容的弧段窗口(000000051)，2020-11-30 12:00-2020-11-30 13:00属于空闲窗口；

3)申请弧段000000103有1个可用窗口，需要减去冲突弧段窗口(000000052)，2020-11-30 14:00:00-2020-11-30 14:30属于空闲窗口；

4)申请弧段000000104有3个可用窗口，2020-11-30 16:00-2020-12-01 12:00属于工作内容兼容的弧段窗口(000000053)，2020-12-01 12:00-2020-2020-12-02 10:00属于空闲窗口，再需要减去不可用弧段窗口(F00000001)，2020-12-02 12:00-2020-2020-12-02 20:00属于空闲窗口；

5)申请弧段000000105、000000106、000000107、000000108与申请弧段000000104情况类似。

表8弧段可用跟踪窗口

表8为最终生成申请弧段的可用跟踪窗口，弧段000000103由于空闲窗口不满足最短跟踪时长约束被置为已拒绝状态，其他申请弧段被置为待分配状态。

S6，检索所有处于已分配状态的相关弧段集合，进行并集融合处理(工作内容和时间段)，重构弧段工作内容，并更新地基设备可视弧段窗口集合。

表9相关弧段集合

表9为与待分配状态弧段相关所有的分配状态弧段集合：

1)弧段000000101没有已分配状态的相关弧段，弧段状态置为已分配；

2)弧段000000102发现1条已分配状态的相关弧段(000000051)，经过融合处理之后开始和结束时间分别为000000102与000000051工作内容和时间段并集；

3)弧段000000104发现1条已分配状态的相关弧段(000000053)，经过融合处理之后开始和结束时间分别为000000104与000000053工作内容和时间段并集；

4)弧段000000105发现2条已分配状态的相关弧段(000000053，000000104)，经过融合处理之后开始和结束时间分别为000000105、000000053与000000104工作内容和时间段并集；

5)弧段000000106发现3条已分配状态的相关弧段(000000053，000000104，000000105)；

6)弧段000000107发现4条已分配状态的相关弧段(000000053，000000104，000000105，000000106)；

7)弧段000000108发现5条已分配状态的相关弧段(000000053，000000104，000000105，000000106，000000107)。

表10目标航天器地基设备可视弧段窗口集合

表10为更新后的地基设备可视弧段窗口集合：

1)新增了1条已分配弧段(弧段2)；

2)修改了2条已分配弧段(包括弧段4、8)；

3)调整了2条空闲弧段(包括弧段1、3)；

4)其余弧段状态没有变化。