一种基于分簇的卫星网络故障诊断方法

摘要

本发明是一种基于分簇的卫星网络故障诊断方法，首先对卫星网络进行分簇，根据综合通信负载、时延和节点度信息的加权公式求得每个簇内节点的权值，根据权值选择簇首和备份簇首，使簇有较高的传输效率和稳定性；然后，髙轨卫星GEO用系统级故障诊断算法对每个簇首和备份簇首进行故障诊断，簇首出现故障时，启用备份簇首或使簇内成员加入其它相邻的簇；对于簇内诊断，簇内每个成员向相邻卫星节点发送测试信息，接收到返回信息后，根据系统级故障诊断的测试模型得到测试结果，并发送测试结果给簇首进行故障诊断，对于簇首无法诊断的故障，簇首通过髙轨卫星和其它簇首基于信息交换的结果进行诊断，从而提高卫星网络节点的故障诊断率。

主权项

一种基于分簇的卫星网络故障诊断方法，其特征是根据髙轨和低轨卫星网络的特点对网络进行分簇，根据权值选择簇首，簇首根据系统级故障诊断算法对簇内卫星网络的软、硬进行诊断，减少故障信息在网络中的传递次数和诊断时延，并提高卫星网络节点故障诊断率，其具体执行步骤如下：步骤1：初始化，在某个卫星网络拓扑稳定的时间片内，每个卫星节点根据最短路径算法求得到其它卫星节点的路径，从而得到该节点到其它卫星节点的跳数；步骤2：在拓扑稳定的时间片内，根据m个髙轨卫星GEO对低轨卫星LEO的覆盖范围把低轨卫星网络分为m个区域，通过赤道所在的平面对每个区域划分为2个簇，把卫星分为2m个簇；步骤3：通过步骤1得到每个节点到其它卫星节点的跳数，然后根据下面公式求得权值；假设簇内有n个低轨卫星，卫星节点从1到n进行编号，h(i,j)表示节点i到节点j的跳数，簇内卫星节点到簇首的平均通信开销可以由簇首到其它节点的平均跳数表示，簇内卫星节点到簇首的最大通信时延可以由簇首到其它节点的最大跳数表示，A_j表示该卫星节点的度数即卫星节点相邻卫星的个数，α，β，γ为相应的权值系数，α+β+γ＝1；步骤4：根据权值对簇首进行选择，簇内权值最低的选为簇首，次低选为备份簇首；若权值相同，则根据纬度的高低选择簇首和备份簇首，纬度低的选为簇首，纬度高的选为备份簇首；若权值和纬度都相同，则随机选择簇首和备份簇首；步骤5：髙轨卫星对通信范围内的簇首和备份簇首同时发送测试信息，簇首和备份簇首接收测试信息并计算，然后把计算结果发送给髙轨卫星，髙轨卫星把簇首和备份簇首的计算结果分别与自身的计算结果进行比较，与高轨卫星计算结果相同的卫星被诊断为正常；与高轨卫星计算结果不同的卫星被诊断为软故障；A)如果簇首的状态为正常，转步骤7；B)如簇首的状态为软故障，备份簇首的状态为正常，则备份簇首选为簇首并把信息广播给簇内成员，转步骤7；C)如簇首和备份簇首的状态都为软故障，转步骤6；步骤6：簇内卫星节点i计算到其它相邻几个无故障簇首的最小跳数Min(h(i,j))，j是相邻簇首的编号，卫星节点选择跳数最小的那个簇首所在的簇加入；步骤7：每个簇内成员发送测试信息到相邻节点，相邻节点接收测试信息，并计算结果返回给测试节点；如果测试节点在T_out时间内没有接收到被测试端口的返回信息，则判断该端口为硬故障；如果接收到返回信息，测试节点把返回计算结果与自身计算结果进行比较，得到测试结果。即当测试卫星的状态为正常时，如果两者的计算结果相同，则测试结果记为0；如果两者的计算结果不相同，则测试结果记为1；当测试卫星的状态为软故障时，该卫星会出现计算错误，所以测试结果为0和1中的任意一个；步骤8：每个簇内成员把测试结果发给簇首，簇首会得到簇内节点相互测试结果的集合，再根据集团概念和测试结果把簇内节点划分为不同集团；步骤9：对于簇首所在集团，判断其为正常集团，并把其邻集团判断为故障集团。被判断的正常的节点根据诊断规则对相邻没有诊断的节点进行诊断；步骤10：簇首把簇内节点的测试结果和诊断结果发送给高轨卫星GEO，若有簇首无法诊断的节点，高轨卫星GEO通过对簇首之间信息传递，可得到该无法诊断卫星节点的相邻节点的诊断状态和测试结果；如果其相邻节点有已诊断为正常的节点，根据诊断规则对该节点进行诊断，转步骤12；否则转步骤11；步骤11：高轨卫星GEO根据相邻卫星的测试信息来判断无法诊断的卫星的状态，诊断公式为$S_i=\left\{\begin{array}{cc}\mathrm{GD}& \underset{j\in N\left(S_i\right)}{\Sigma }{\mathrm{CT}}_{i,j}\ge \theta \\ \mathrm{FT}& \mathrm{other}\end{array}\right.,$即该卫星与相邻卫星测试结果中相互认为对方为正常的个数大于门限值θ，则判定为该卫星正常GD，否则该卫星为故障FT；N(S_i)表示卫星节点i的相邻卫星节点编号的集合，θ取值一般为该卫星相邻卫星节点个数的一半，CT_i,j的值通过公式${\mathrm{CT}}_{i,j}=\left\{\begin{array}{cc}1,& \mathrm{if}(T_{i,j}=0\mathrm{and}{T}_{j,i}=0)\\ 0,& \mathrm{other}\end{array}\right.$可求得，T_i,j表示卫星节点i对卫星节点j的测试结果；步骤12：诊断结束。