Page 145 - 公共安全与应急管理研究

第五章 应急通信

通过数据中继卫星（DRS，Data Relay Satellite）进行数据回传，对应急指挥调度
具有重要意义。
动态变化的网络拓扑结构是卫星网络的一大特征，卫星的高速运动导致与观

测任务点之间有限的可见时间窗以及中继卫星和用户卫星间时变的星间连接。因
此，如何建模动态变化的网络拓扑结构成为描述卫星任务调度问题的必要环节。
当前卫星任务调度研究主要运用时间扩展图（TEG，Time-Expanded Graph）及其
衍生形式来表征网络资源并刻画不同时隙内准静态的网络拓扑结构。在此基础上，

实现卫星任务调度的主要方法是任务资源匹配。任务资源匹配通过将任务提交的
服务时间窗口、服务时长与其可见时间窗口对比，生成当前任务集可用的资源以
及相关约束信息，进而形成任务执行序列。

在 EOS 任务调度研究中，通过构建冲突避免聚类图来匹配待观测任务和传
感器资源；将卫星的不同轨道作为观测资源从而将任务与卫星间的多个可见时间
窗口转换为任务与单轨道间的唯一可见时间窗口，简化了任务资源匹配过程；提
出一种任务分配策略将多星任务匹配转换为单星任务匹配问题；讨论了云覆盖不
确定性对观测任务调度的影响，并分别构建了将每个任务匹配到多个资源的随机

规划和稳健优化模型。在 DRS 任务调度研究中，综合考虑中继卫星与用户航天
器可见时间窗和任务可选服务时间窗的匹配关系，建立了中继卫星任务调度的约
束满足模型；提出了一种随机优化框架，通过联合优化任务周期调度和中继卫星

天线时间帧分配来优化任务资源匹配过程；考虑了单址和多址天线不同的波束指
向方式，将任务资源匹配问题转换为异构星间链路天线指向路径问题；提出了一
种新的任务调度框架，在任务时间窗匹配的基础上创新性提出添加虚拟任务确保
天线滑动窗口策略的实现以提高调度成功率。
然而，在大规模任务调度场景中，任务资源匹配过程普遍存在冲突。当前研

究对任务冲突主要有两种定义和计算方法：时间窗交叠程度和任务间冲突次数。
解决任务冲突的方法通常包括任务拆分、聚类、插入和替换等。具体来说，在依
据任务相似性进行聚类的基础上，若无冲突则将任务直接与资源进行匹配，否则

通过滑动窗口插入、任务拆分插入或根据最大优先级和最大冲突度等原则进行替
换，以提高调度效率。
目前卫星网络中的任务调度研究相对成熟，但为了满足应急通信多任务、低
时延、高动态等需求，仍有许多挑战需要解决。例如，如何在大规模应急情况和

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