【摘要】：衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜謨?yōu)化不僅有利于充分高效利用衛(wèi)星、地面接收和傳輸?shù)荣Y源,同時(shí)在災(zāi)害應(yīng)急等方面也具有重要的指導(dǎo)意義。在以往的衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸方面的研究,主要集中在星地?cái)?shù)傳環(huán)節(jié),鮮有涉及地面光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié),而且以往星地?cái)?shù)傳環(huán)節(jié)的研究主要集中在兩方面,一是解決因?yàn)榈孛娼邮召Y源有限且分布集中所帶來(lái)的衛(wèi)星對(duì)接收天線資源的爭(zhēng)用問題,二是試圖在一定時(shí)間范圍內(nèi)獲取最大價(jià)值的衛(wèi)星數(shù)據(jù),而很少考慮全局條件下獲取所有衛(wèi)星數(shù)據(jù)的接收與傳輸需求。在最短時(shí)間內(nèi)獲取所有衛(wèi)星數(shù)據(jù)不僅在充分高效利用衛(wèi)星以及地面接收站資源方面意義重大,在面對(duì)自然災(zāi)害時(shí),若能盡快獲取相關(guān)地域的衛(wèi)星數(shù)據(jù),將會(huì)為及時(shí)采取應(yīng)急措施提供極大的助力。本文綜合考慮星地?cái)?shù)傳環(huán)節(jié)和地面網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)節(jié)的約束,通過雙閾值控制的并行遺傳算法實(shí)現(xiàn)了在最短時(shí)間內(nèi)將所有衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心的目標(biāo)。針對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸問題,本文建立了衛(wèi)星數(shù)據(jù)星地?cái)?shù)傳模型和衛(wèi)星數(shù)據(jù)地面網(wǎng)絡(luò)傳輸模型,并提出了雙閾值控制的并行遺傳算法用于實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜謨?yōu)化。主要研究?jī)?nèi)容和工作如下:1)針對(duì)衛(wèi)星數(shù)據(jù)星地?cái)?shù)傳環(huán)節(jié)地面接收資源有限且分布相對(duì)集中等特點(diǎn),建立了基于沖突消解的衛(wèi)星數(shù)據(jù)星地?cái)?shù)傳模型。與以往數(shù)傳調(diào)度模型試圖在一定時(shí)間內(nèi)下傳最大價(jià)值的衛(wèi)星數(shù)據(jù)不同,該模型實(shí)現(xiàn)了在最短時(shí)間內(nèi)將所有衛(wèi)星數(shù)據(jù)下傳到地面接收站的目標(biāo)。2)提出了帶時(shí)間屬性的雙背包問題,并給出了采用動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法求解的改進(jìn)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程。針對(duì)地面接收站有兩條傳輸鏈路的情形,建立了衛(wèi)星數(shù)據(jù)地面網(wǎng)絡(luò)傳輸模型,為衛(wèi)星數(shù)據(jù)合理分配傳輸鏈路,以便在最短時(shí)間內(nèi)將衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心。最后根據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)地面網(wǎng)絡(luò)傳輸問題的特點(diǎn),將其歸約為帶時(shí)間屬性的雙背包問題進(jìn)行迭代求解。3)根據(jù)衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸問題計(jì)算量大等特點(diǎn),提出了雙閾值控制的并行遺傳算法,該算法在經(jīng)典遺傳算法的基礎(chǔ)上,增加了父輩相似度閾值和收斂度閾值分別用于控制變異的時(shí)間和概率,同時(shí)還對(duì)遺傳過程采取粗粒度并行。最后將該算法用于衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜謨?yōu)化調(diào)度。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P237
【圖文】：

Parent3:Children1:Children2:p31p31p11p32p32p22p34p24p33p13p33p34圖 2.2 多父輩交叉圖Fig 2.2 Multiple parents crossing子種群間的相互遷入、遷出[54][55] 1 各子種群內(nèi)部分別遺傳迭代m 次。 2 計(jì)算各子種群的適應(yīng)度函數(shù)值。 3 將每個(gè)子種群的若干較優(yōu)個(gè)體替換相鄰種群的若干較差個(gè)閾值控制并行遺傳算法的流程.3 和圖 2.4 分別為并行遺傳算法和雙閾值控制遺傳算法流程圖并行遺傳算法中，對(duì)各子種群采用雙閾值控制的遺傳算法。

圖 4.2 結(jié)果對(duì)比（1）Fig 4.2 result comparison(1)從圖 4.2 可以看出，從案例 1-6，全局優(yōu)化相對(duì)于分步優(yōu)化縮短的絕對(duì)時(shí)間即分步優(yōu)化總時(shí)間與全局優(yōu)化時(shí)間之差逐漸增加，然后從案例 6-10，縮短的絕對(duì)時(shí)間基本保持不變。說(shuō)明隨著調(diào)度任務(wù)規(guī)模的逐漸擴(kuò)大，縮短的絕對(duì)時(shí)間不會(huì)無(wú)限制的增加，這也剛好說(shuō)明了時(shí)間縮短百分比為什么會(huì)逐漸降低。將表 4.4 中衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸所需時(shí)間關(guān)于數(shù)傳任務(wù)總時(shí)長(zhǎng)的變化展示如圖 4.3所示，

圖 4.3 結(jié)果對(duì)比（2）Fig 4.3 result comparison(2)從圖 4.3 可以看出，隨著數(shù)傳任務(wù)總時(shí)長(zhǎng)的增加，縮短的絕對(duì)傳輸時(shí)間也在增加。而且從圖中可以看出，無(wú)論是分步優(yōu)化，還是全局優(yōu)化，將所有衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心所需時(shí)間都隨著數(shù)傳任務(wù)總時(shí)長(zhǎng)的增加而接近線性增加，說(shuō)明將所有衛(wèi)星數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心所需時(shí)間都與數(shù)傳任務(wù)總時(shí)長(zhǎng)直接相關(guān)。當(dāng)我們更改地面接收站的參數(shù)時(shí)，如表 4.5 所示，其他參數(shù)都保持不變，只是增加地面網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬較低的地面接收站：牡丹江站、西南站、北極站的接收天線數(shù)量，由原來(lái)的 1 部分別增加到 3 部，其對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表 4.6 所示，

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 周毅榮;陳浩;李龍梅;陳犖;景寧;;一種基于免疫遺傳的衛(wèi)星數(shù)傳調(diào)度方法[J];小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng);2015年12期

2 黃雙臨;馬冬青;方冬梅;崔濤;;基于改進(jìn)蟻群算法的衛(wèi)星數(shù)傳調(diào)度[J];無(wú)線電工程;2015年07期

3 寧?kù)o雁;;動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法研究[J];電子世界;2014年10期

4 宛楠;張義;;動(dòng)態(tài)規(guī)劃算法分析[J];長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2013年07期

5 孫兵;陳祥國(guó);;多目標(biāo)衛(wèi)星數(shù)傳調(diào)度蟻群優(yōu)化算法[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2012年21期

6 凌曉冬;武小悅;劉琦;;多星測(cè)控調(diào)度問題的禁忌遺傳算法研究[J];宇航學(xué)報(bào);2009年05期

7 許峰;張麗麗;;基于非線性選擇方法的多目標(biāo)優(yōu)化遺傳算法[J];軟件導(dǎo)刊;2009年05期

8 李云峰;武小悅;;遺傳算法在衛(wèi)星數(shù)傳調(diào)度問題中的應(yīng)用[J];系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐;2008年01期

9 楊平;鄭金華;;遺傳選擇算子的比較與研究[J];計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用;2007年15期

10 黃明;王佳;梁旭;;雙閾值控制的遺傳算法求解作業(yè)車間調(diào)度問題[J];計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng);2007年02期

本文編號(hào)：2787983