具有广泛适用性的AOS虚拟信道调度算法

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1、50中国空间科学技术2011年12月ChineseSpaceScienceandTechnology第6期具有广泛适用性的AOS虚拟信道调度算法田野1那鑫2高晓玲1刘庆利1(1沈阳理工大学信息学院。沈阳110159)(2中国空间技术研究院，北京lo0094)摘要针对现有的基于虚拟信道紧迫度的动态调度算法的不足，提出了一种新的高级在轨系统虚拟信道动态调度算法。该算法首先估算虚拟信道的紧迫度和数据帧的紧迫度，然后用加权系数将二者结合起来构造成一个全新的虚拟信道传送紧迫度函数，再根据该函数的值进行判决调度。对于高级在轨系统中不同速率、不同性质、不同类型的星上数据源，该算法均可通过选择合适的加权

2、系数灵活地分配传输时隙，保证各用户合理、动态地占用物理信道，满足对数据的传输时延要求，因此具有广泛的适用性。理论分析和仿真结果表明，本文提出的算法比基于虚拟信道紧迫度的动态调度算法具有更好的性能关键词高级在轨系统虚拟信道调度算法加权系数DOI：10．3780／i．issn．1000—758X．2011．06．0081引言随着空间科学的不断发展，许多空间任务要求在航天器与地面站、航天器与航天器间双向传输多信源、多用户且业务要求各不相同的信息LlJ。针对这个问题，空间数据系统咨询委员会(CCSDS)开发了高级在轨系统(Advanced0rbitingSystems，AOS)协议L2。5j。通

3、过采用虚拟信道(VirtualChannel，VC)复用机制，并在该复用机制中合理地设计具体的算法，即VC调度算法，AOS协议可以实现多用户动态地共享同一物理信道，从而提高空间数据信道的利用率。因此，如何设计出性能良好的调度算法，以合理地分配不同类型的数据占用物理信道的时隙，是一个非常重要的问题。由于VC调度算法理论分析的复杂性，以及算法的性能在一定程度上会受到具体的星上信源模型的影响，因此目前国内外的研究成果还比较少，但也取得了一些初步的结论[6。0。。但多数算法都是针对特定星上数据源设计的，适用范围较窄，很难满足多种不同类型的星上数据源的传输要求，即使是其中性能较好的动态调度算法[8

4、。1叫，也很少注意到VC的紧迫度和VC中各个数据帧紧迫度是不同的，因此性能有限。针对上述问题，本文提出了一种新的具有广泛适用性的AOS虚拟信道调度算法。研究结果表明，本文提出的算法比动态调度算法具有更好的性能，且可以应用于AOS多种不同类型的星上数据源，具有广泛的适用性。2基于VC紧迫度的动态调度算法及分析现有的基于VC紧迫度的动态调度算法悟103(以下简称动态调度算法，DynamicSchedulingAlgorithm，DsA)主要考虑两个因素：Vc传输紧迫度基数B与Vc传输紧迫度加权系数m。国家自然科学基金(61101116)；轨道交通控制与安全国家重点实验室(北京交通大学)开放课

5、题基金(Rcs2009K008)；辽宁省博十启动基金资助项目收稿fI期：2011一07一04。收修改稿日期：20ll—09—22!竺!!生!!旦±垦窒塑壁堂壁查§!VC传输紧迫度基数B是指一个VC从申请传输时刻开始到当前调度时刻的延迟。以一帧的传输时间为一个单位调度时刻，在第志个调度时刻，第i个VC的紧迫度基数B。(足)为fo，第志个调度时刻时第i个VC缓存中无完整传输帧B；(是)=．{B；(志一1)+1，第志一1个调度时刻时第i个Vc缓存中有帧但没被调度【1，第忌一1个调度时刻时第i个Vc被调度后缓存仍有完整传输帧第i个VC传输紧迫度加权系数优；的取值为该VC的静态优先级，用来反映该V

6、C对传输实时性的不同要求。对于实时性要求较高的虚拟信道町赋予一个较大的m。值，反之，可赋予一个较小的m。值。定义在第愚个调度时刻，第i个VC的传输紧迫度为D，(志)=B，(志)·优；在任一调度时刻，存在完整的数据帧时，调度方式如下：传输Di(点)值最高的VC中的数据帧；如果多个VC具有最高的Di(忌)值，则传输其中优先级最高的VC中的数据帧；如果优先级最高的VC也不止一个，则传输其中序号最小的VC中的数据帧。如果在某一调度时刻，各VC中均无完整的数据帧时，则传输填充数据帧。DSA算法在进行调度时，将VC和数据帧看作一个整体，因此该算法实际上只考虑了在各个调度时刻，各VC已经等待的时间，而

7、没有注意到各VC缓存中每个数据帧的等待时间是不同的。在实际应用中，该算法会出现如下问题：当一个VC缓存中有多个数据帧时，在第一个数据帧被传出后，由于VC紧迫度基数降为1，此时会造成其他数据帧此前已经等待的时间被忽略，这显然是不合理的。只有在每个调度时刻，每个VC缓存中只有一个完整的数据帧或没有数据帧时，该算法才不会出现这个问题，因此其适用范围非常有限。针对这个问题，本文提出一种新的具有广泛适用性的调度算法。3具有广泛适用性的调度算法