复杂链路状态下的多星组网分布式动态调度方法及系统技术方案

本发明专利技术一种复杂链路状态下的多星组网分布式动态调度方法及系统，步骤为：从待调度队列中获取Pod，基于默认预选策略得到可用卫星节点队列，基于卫星节点地理分区的拓展预选策略进一步过滤不在地理分区的卫星节点，对可用卫星节点基于分散选择SpreadSelector打分并基于卫星节点基础运行状态及链路状态数据进行综合打分，基于两项打分确定最优节点进行Pod调度部署。使用本发明专利技术提供的调度方法，可以使多星组网下的卫星分布式系统在复杂链路环境下提供更加高效可靠的Pod资源调度服务。境下提供更加高效可靠的Pod资源调度服务。境下提供更加高效可靠的Pod资源调度服务。

【技术实现步骤摘要】
复杂链路状态下的多星组网分布式动态调度方法及系统


[0001]本专利技术涉及航空航天
及分布式系统领域，特别涉及一种复杂链路状态下多星组网环境的分布式卫星系统中Pod资源调度方法及系统。

技术介绍

[0002]近年来，卫星互联网技术发展迅猛，各国纷纷将卫星互联网建设提升为国家战略，我国也已经将卫星互联网纳入新基建范畴。一般来说，卫星互联网具有卫星数目庞大、星座网络拓扑动态、星间链路环境复杂等特点。
[0003]为实现大规模卫星管理和应用，将地面系统中常见的分布式系统设计思想引入卫星互联网中，将多星组网环境下的卫星组成分布式卫星系统是一种可行的方案。在分布式系统中，更多的计算节点意味着更多的计算资源，更多的分布式系统可以完成更加多元化的计算任务。然而，在卫星互联网中，由于星载资源有限，因此分布式卫星系统构建代价较大。
[0004]相比于传统的虚拟机(VM)技术，容器(Container)技术可以对应用及其运行环境进行打包，在共享一个操作系统内核的基础上，实现不同应用间的隔离，具有轻量级的特点和良好的扩展性能。以Docker为代表的容器技术近些年迅猛发展，它通过镜像技术和镜像仓库有效解决了虚拟机存在的消耗资源过多、调度速度缓慢、软件堆栈环境不统一和资源利用率低等问题。为此，容器技术使得分布式卫星系统构建成为可能。与此同时，通过对不同应用环境的隔离，容器技术还使得有限的卫星资源可以同时满足更加多样化的任务需求。
[0005]Kubernetes是目前工业界较为成熟的分布式系统容器编排管理平台，Pod是Kubernetes中最小的调度单元，是一个或一组容器的集合。Kubernetes基于实体节点通过Pod资源调度实现多样化服务提供。实现中，Kube
‑
scheduler功能组件负责Pod资源调度，Scheduler Extender功能组件对调度功能进行拓展。由于地面网络链路状态稳定，所以传统的Pod资源调度一般只考虑节点运行状态，而不考虑节点间链路状态。但是，在卫星互联网构成的分布式卫星系统中，为了提高资源利用率及服务质量，星间链路状态与卫星节点当前运行状态同样重要。如何在复杂链路状态下多星组网环境的分布式卫星系统上进行高效可靠的Pod资源调度已经成为一个亟待解决的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是：为了实现更高效可靠的Pod资源调度，提供了一种基于复杂链路状态下的多星组网分布式动态调度方法。本专利技术在基于Kubernetes默认的预选调度策略对可用卫星节点进行过滤后，为了提高调度效率，将分布式卫星系统中各卫星节点运行时的星下点映射到地球表面，并按照0
°
和180
°
经线和赤道进行划分，成为四个地理分区，根据卫星运行时所处的分区位置对可用卫星节点进行二次过滤，然后综合考虑卫星节点资源分配的均衡性，并利用卫星节点的基础运行状态及卫星节点链路状态对二次过滤的
可用卫星节点进行综合评估，实现复杂链路状态下的多星组网分布式动态调度。
[0007]本专利技术的技术方案是：一种复杂链路状态下的多星组网分布式动态调度方法，包括：
[0008]步骤一：从待调度Pod队列中获取一个Pod；
[0009]步骤二：基于默认预选策略，过滤不可用卫星节点，获取可用卫星节点队列；
[0010]步骤三：对步骤二过滤后的卫星节点队列，利用卫星节点运行时所处的地理分区信息，基于拓展预选策略进一步过滤不在指定分区的卫星节点；
[0011]步骤四：对于步骤三过滤后的卫星节点队列中的所有卫星节点，基于分散选择SpreadSelector打分算法进行打分；
[0012]步骤五：对步骤三过滤后的卫星节点队列中的所有卫星节点，实时获取包括CPU、内存、磁盘在内的基础运行状态数据；
[0013]步骤六：对步骤三过滤后的卫星节点队列中的所有卫星节点，实时获取包括时延、丢包率、路由跳数等在内的链路状态数据；
[0014]步骤七：基于步骤五、步骤六获取的信息，对步骤三过滤后的卫星节点队列中的所有卫星节点进行拓展优选打分，即分别对卫星节点基础资源和卫星节点链路资源按照各项信息指标单独打分并加权求和后，按照加权平均的方法得到综合考虑卫星节点基础运行状态和卫星节点链路状态的卫星节点分值；
[0015]步骤八：基于步骤四及步骤七中各个卫星节点的分值，同样按照加权平均的方法得到综合考虑卫星节点资源分配均衡性、卫星节点基础运行状态和卫星节点链路状态的卫星节点的最终得分；
[0016]步骤九：基于步骤八得到的卫星节点分数情况选取得分最高的卫星节点进行Pod部署。
[0017]步骤二中，通过分布式集群配置文件指定默认预选策略。
[0018]步骤三中，当Pod部署信息中不考虑卫星节点所处的分区情况时，将直接跳过此步骤，直接将步骤二中的卫星节点列表传递至步骤四。
[0019]对于步骤三过滤后的卫星节点队列中卫星节点基于分散选择SpreadSelector策略进行打分，公式如下：
[0020][0021]其中，fScore
i
为节点i的分散选择SpreadSelector调度策略得分，MaxNodeScore为该项调度策略能得到的最高分，默认为100；MaxNodeScore为所有节点上部署的Pod的最大个数，podCount
i
为节点i上的Pod个数。
[0022]步骤六中各项指标加权参数可依据各项指标对资源调度的重要程度进行设计调整。
[0023]步骤七的具体过程如下：
[0024]6.1)利用步骤四中获取的包括卫星节点CPU、内存、磁盘空间的基础运行数据，在基于给定的权重分别对卫星节点的CPU、内存、磁盘空间单独进行打分的基础上，计算得到卫星节点i的基础资源分值NodeScore
i
；此处的权重表示了包括卫星节点的CPU、内存、磁盘空间的基础资源对资源调度的重要程度，各卫星节点基础资源的权重总和为100％；每一项
基础资源根据其运行数据将转化为最大值为100*该项指标权重占比、最小值为0的标准得分；
[0025]6.2)利用步骤五中获取到的包括卫星节点的时延、丢包率、路由跳数的链路状态数据，对卫星节点的链路资源进行打分；在基于给定的权重分别对卫星节点间的时延，丢包率，路由跳数单独进行打分的基础上，计算得到卫星节点i的链路资源分值LinkScore
i
；此处的权重表示包括卫星节点的时延，丢包率，路由跳数的链路资源对资源调度的重要程度，各卫星节点链路资源的权重总和为100％；当卫星节点的时延，丢包率，路由跳数链路状态信息的具体值都处于系统配置的默认最大、最小时延值之间时，每一项链路资源根据其运行数据将转化为最大值为100*该项指标权重占比、最小值为0的标准得分；以卫星节点时延资源为例，用DELAYSCOREMAX表示时延得分的最高分，即100*时延指标权重占比，则所有卫星节点的内存得分范围本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复杂链路状态下的多星组网分布式动态调度方法，其特征在于，包括：步骤一：从待调度Pod队列中获取一个Pod；步骤二：基于默认预选策略，过滤不可用卫星节点，获取可用卫星节点队列；步骤三：对步骤二过滤后的卫星节点队列，利用卫星节点运行时所处的地理分区信息，基于拓展预选策略进一步过滤不在指定分区的卫星节点；步骤四：对于步骤三过滤后的卫星节点队列中的所有卫星节点，基于分散选择SpreadSelector打分算法进行打分；步骤五：对步骤三过滤后的卫星节点队列中的所有卫星节点，实时获取包括CPU、内存、磁盘在内的基础运行状态数据；步骤六：对步骤三过滤后的卫星节点队列中的所有卫星节点，实时获取包括时延、丢包率、路由跳数等在内的链路状态数据；步骤七：基于步骤五、步骤六获取的信息，对步骤三过滤后的卫星节点队列中的所有卫星节点进行拓展优选打分，即分别对卫星节点基础资源和卫星节点链路资源按照各项信息指标单独打分并加权求和后，按照加权平均的方法得到综合考虑卫星节点基础运行状态和卫星节点链路状态的卫星节点分值；步骤八：基于步骤四及步骤七中各个卫星节点的分值，同样按照加权平均的方法得到综合考虑卫星节点资源分配均衡性、卫星节点基础运行状态和卫星节点链路状态的卫星节点的最终得分；步骤九：基于步骤八得到的卫星节点分数情况选取得分最高的卫星节点进行Pod部署。2.根据权利要求1所述的一种复杂链路状态下的多星组网分布式动态调度方法，其特征在于，步骤二中，通过分布式集群配置文件指定默认预选策略。3.根据权利要求1所述的一种复杂链路状态下的多星组网分布式动态调度方法，其特征在于，步骤三中，当Pod部署信息中不考虑卫星节点所处的分区情况时，将直接跳过此步骤，直接将步骤二中的卫星节点列表传递至步骤四。4.根据权利要求1所述的一种复杂链路状态下的多星组网分布式动态调度方法，其特征在于，对于步骤三过滤后的卫星节点队列中卫星节点基于分散选择SpreadSelector策略进行打分，公式如下：其中，fScore
i
为节点i的分散选择SpreadSelector调度策略得分，MaxNodeScore为该项调度策略能得到的最高分，默认为100；MaxNodeScore为所有节点上部署的Pod的最大个数，podCount
i
为节点i上的Pod个数。5.根据权利要求1所述的一种复杂链路状态下的多星组网分布式动态调度方法，其特征在于，步骤六中各项指标加权参数可依据各项指标对资源调度的重要程度进行设计调整。6.根据权利要求4所述的一种复杂链路状态下的多星组网分布式动态调度方法，其特征在于，步骤七的具体过程如下：6.1)利用步骤四中获取的包括卫星节点CPU、内存、磁盘空间的基础运行数据，在基于给定的权重分别对卫星节点的CPU、内存、磁盘空间单独进行打分的基础上，计算得到卫星
节点i的基础资源分值NodeScore
i
；此处的权重表示了包括卫星节点的CPU、内存、磁盘空间的基础资源对资源调度的重要程度，各卫星节点基础资源的权重总和为100％；每一项基础资源根据其运行数据将转化为最大值为100*该项指标权重占比、最小值为0的标准得分；6.2)利用步骤五中获取到的包括卫星节点的时延、丢包率、路由跳数的链路状态数据，对卫星节点的链路资源进行打分；在基于给定的权重分别对卫星节点间的时延，丢包率，路由跳数单独进行打分的基础上，计算得到卫星节点i的链路资源分值LinkScore
i
；此处的权重表示包括卫星节点的时延，丢包率，路由跳数的链路资源对资源调度的重要程度，各卫星节点链路资源的权重总和为100％；当卫星节点的时延，丢包率，路由跳数链路状态信息的具体值都处于系统配置的默认最大、最小时延值之间时，每一项链路资源根据其运行数据将转化为最大值为100*该项指标权重占比、最小值为0的标准得分；以卫星节点时延资源为例，用DELAYSCOREMAX表示时延得分的最高分，即100*时延指标权重占比，则所有卫星节点的内存得分范围都将是[0,DELAYSCOREMAX]；6.3)将卫星节点的基础资源分值和卫星节点的链路资源分值按照给定的权重进行加权求和，权重总和同样为100％，得到卫星节点i的扩展优选得分为：sScore
i
表示卫星节点i的扩展优选得分，表示卫星节点i的基础资源权重，表示卫星节点i的链路资源权重；sScore
i
越大，表示卫星节点的扩展优选得分越高。7.根据权利要求6所述的一种复杂链路状态下的多星组网分布式动态调度方法，其特征在于，所述利用步骤四中获取的包括卫星节点CPU、内存、磁盘空间的基础运行数据，在基于给定的权重分别对卫星节点的CPU、内存、磁盘空间单独进行打分的基础上，计算得到卫星节点i的基础资源分值...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶滢，高瞾，刘伟，张磊，高梓贺，曾骏杰，任术波，邹恒光，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：