空间信息网络任务规划与资源调度
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作者周笛 盛敏 李建东 刘润滋 等
出版社人民邮电出版社
ISBN9787115584823
出版时间2023-07
装帧平装
开本16开
定价149元
货号1203026775
上书时间2024-08-10
商品详情
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作者简介
周笛
西安电子科技大学副教授，硕士生导师，入选中国科协青年人才托举工程。博士论文入选中国电子学会优 秀博士学位论文。主要从事天地一体化巨 星座系统智能组网等领域的研究工作。主持国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划项目子课题等项目，获陕西省高等学校科学技术奖特等奖，以第 一/通信作者发表学术论文30余篇，获 China Communications的Best Paper，授权发明专利 20 余项。
盛敏
西安电子科技大学教授，博士生导师。现为西安电子科技大学空天地一体化综
合业务网全 国重点实验室主任，现任中央网络安 全和信息化委员会专 家、国家6G技术研发总体专 家组专 家等。主要从事空天地一体化异构网络融合等领域的研究工作。获国家技术发明奖二等奖2项、陕西省科学技术奖一等奖4项、国防科学技术进步奖和国防技术发明奖二等奖各1项。
李建东
西安电子科技大学教授，博士生导师，国家 级创新团队负责人，IEEE Fellow，IEEE ComSoC Xi'an Chapter主席。现任国家新一代宽带无线移动通信网重大专项总体组专 家，宽带无线IP技术标准工作组组长。主要从事未来移动通信和未来无线局域网、空间信息网络等领域的研究工作。获国家技术发明二等奖2项、省部级科技进步奖6项。
刘润滋
西安建筑科技大学副教授，硕士生导师。陕西省科学技术协会青年人才托举计划项目资助获得者。主要从事空间信息网络智能组网、无线通信等领域的研究工作。主持国家自然科学基金、陕西省自然科学基础研究计划项目等多项研究课题，获陕西省科技进步二等奖一项，在国际期刊与会议上发表学术论文20余篇，授权发明专利10余项。
目录
第 1章 绪论1
1.1 空间信息网络系统概述1
1.2 空间信息网络的国内外研究现状3
1.3 空间信息网络面临的科学挑战与技术挑战5
参考文献5
第 一部分 空间信息网络任务重构与多维资源联合表征
第 2章 空间信息网络任务分析与预处理8
2.1 引言8
2.2 空间信息网络任务特征及聚类9
2.2.1 任务特征分析9
2.2.2 任务聚类15
2.3 任务的拆分与聚合方法15
2.3.1 数传任务的拆分与聚合方法16
2.3.2 观测任务的拆分与聚合方法20
2.4 本章小结25
参考文献25
第3章 基于时间扩展图的资源表征模型27
3.1 引言27
3.2 基于时间扩展图的通信—存储资源表征模型29
3.3 基于时间扩展图的观测—通信—存储—计算资源表征模型30
3.4 基于时间扩展图的能量资源表征模型35
3.5 基于时间扩展图的天线资源表征模型37
3.6 应用与仿真40
3.7 本章小结42
参考文献43
第 一部分小结45
第二部分 面向常规任务的空间信息网络资源管理与优化
第4章 面向对地观测任务需求的多维资源联合调度及星间链路规划48
4.1 引言48
4.2 系统模型及问题建模50
4.2.1 时间扩展图50
4.2.2 任务数据流模型52
4.2.3 问题建模53
4.3 基于原始分解的网络收益优选化算法56
4.3.1 RAPD算法56
4.3.2 复杂度分析60
4.4 基于冲突图的算法62
4.5 仿真结果与分析65
4.5.1 仿真参数设置65
4.5.2 网络性能66
4.6 本章小结73
参考文献73
第5章 基于信道感知的中继卫星任务规划76
5.1 引言76
5.2 系统模型78
5.2.1 网络场景78
5.2.2 信道模型79
5.2.3 面向中继卫星任务规划的时间扩展图81
5.2.4 任务流模型82
5.3 问题建模83
5.3.1 相关约束83
5.3.2 问题建模84
5.4 很优功率导向的基于图的任务规划算法86
5.4.1 算法框架87
5.4.2 信道感知的链路连接算法87
5.4.3 基于聚合最短路径的任务规划算法89
5.4.4 局部搜索算法91
5.4.5 算法复杂度分析93
5.5 仿真结果与分析94
5.5.1 仿真参数设置94
5.5.2 网络性能分析94
5.6 本章小结100
参考文献101
第6章 基于天线转动时间的中继卫星系统数传任务规划104
6.1 引言104
6.2 系统模型105
6.2.1 网络模型105
6.2.2 天线转动模型106
6.3 问题建模107
6.3.1 链路调度107
6.3.2 数传资源调度108
6.3.3 优化模型109
6.4 基于天线转动时间的中继卫星系统数传任务规划方法110
6.5 仿真结果与分析112
6.6 本章小结117
参考文献117
第二部分小结119
第三部分 面向动态突发任务的空间信息网络资源管理与优化
第7章 面向动态突发任务需求的多维资源联合调度122
7.1 引言122
7.2 系统模型124
7.2.1 小卫星网络模型124
7.2.2 动态突发任务数据到达模型124
7.2.3 星间链路信道模型125
7.2.4 动态能量模型126
7.3 基于MDP框架的问题建模126
7.3.1 小卫星网络的离散有限—嵌—无限两层动态规划架构127
7.3.2 问题建模131
7.4 基于动态规划的多维资源联合调度算法131
7.4.1 算法设计132
7.4.2 复杂度分析135
7.5 仿真结果与分析136
7.5.1 仿真配置136
7.5.2 性能评估136
7.6 本章小结140
参考文献140
第8章 基于动态突发任务到达模糊信息的两阶段任务规划方法144
8.1 引言144
8.2 系统模型146
8.2.1 信道模型147
8.2.2 时间扩展图148
8.2.3 能量相关模型150
8.3 问题建模150
8.3.1 基本约束150
8.3.2 优化问题建模152
8.4 数据到达分布鲁棒的两阶段算法153
8.4.1 两阶段随机数据到达分布的模糊集155
8.4.2 DADR-TR算法设计157
8.4.3 复杂度分析161
8.5 仿真结果与分析162
8.5.1 仿真配置162
8.5.2 性能评估162
8.6 本章小结168
参考文献168
第三部分小结172
第四部分 人工智能在空间信息网络任务规划与资源调度中的应用
第9章 迁移学习在空间信息网络任务规划中的应用174
9.1 引言174
9.2 系统模型175
9.2.1 网络模型175
9.2.2 任务服务模型176
9.3 问题建模176
9.4 面向任务结构学习的任务规划177
9.4.1 基于Hopfield算法的资源调度算法177
9.4.2 基于任务结构的资源调度算法179
9.4.3 任务结构学习179
9.5 仿真结果与分析181
9.5.1 任务分布相似性181
9.5.2 仿真结果181
9.6 本章小结183
参考文献184
第 10章 强化学习在空间信息网络智能资源调度中的应用186
10.1 引言186
10.2 系统模型188
10.2.1 网络模型188
10.2.2 信道模型和能量模型189
10.3 问题建模192
10.4 面向动态资源的智能资源调度196
10.4.1 算法框架196
10.4.2 DSWLFA算法197
10.5 仿真结果与分析203
10.5.1 仿真过程203
10.5.2 性能评估204
10.6 本章小结208
参考文献209
第四部分小结211
内容摘要
空天科技是“十四五”期间瞄准的8个前沿科技领域之一，面向动态突发任务需求的多维资源联合调度是提升空间信息网络服务效能的关键技术。本书从网络的多种任务特征入手，研究任务需求，通过任务重构，形成更适合网络传输的高 效任务元；进一步设计多维资源的时空关系联合表征体系，桥接、聚合大时空多维资源，以实现非稀缺资源对稀缺资源的替代，从而避免资源的浪费，有效缓解“瓶颈资源”对网络服务能力的制约，提升整个网络的服务能力。针对常规任务需求，本书找到了观测资源分布与传输资源分布不匹配对任务规划性能影响的耦合机理，弄清了信道非均匀时空特性对任务规划以及链路调度的制约关系，实现了差异性任务需求与网络多维资源的有效匹配。针对动态突发任务需求，本书提出了基于动态突发任务到达模糊信息的两阶段任务规划方案以及基于动态规划的多维资源联合调度技术，实现了动态突发任务需求与资源的高 效匹配。本书研究了人工智能在空间信息网络任务规划与资源调度中的应用，通过探索任务分布时空特征以及动态资源状态分布未知的资源结构对资源调度策略的影响，实现了对多样任务需求以及动态资源状态的快速任务响应。
本书适合通信、网络和航空航天领域的研究人员，高等院校相关专业的研究生，以及相关企业中的研发及工程技术人员阅读参考。
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