基于五向量数学模型的多层卫星网络稳定分群方法

摘要

基于五向量数学模型的多层卫星网络稳定分群方法。它涉及无线电通信领域中的卫星网络分群方法。它解决了现有卫星网络拓扑稳定性、卫星节点路由存储开销和卫星网络的业务时延之间存在的矛盾问题。它采用描述多层卫星网络拓扑性质的五向量数学模型并利用链路稳定性度量函数实现网络资源的优化配置；采用定量分析不同星间链路对网络稳定性贡献程度和卫星节点或链路失效对网络时延变化影响的方法，根据网络稳定性度量函数和同群或邻群卫星间优化连接关系，减小网络平均最短路由表长度并提高网络拓扑结构的稳定性。本发明的方法能够应用到空天地一体化信息网络中的多层卫星网络环境。

主权项

1.基于五向量数学模型的多层卫星网络稳定分群方法，其特征在于它的步骤如下：步骤一：将多层卫星网络抽象为包含卫星节点和星间链路的G＝(V，E)网络拓扑结构；步骤二：利用开销函数F选择多层卫星网络中具有最大业务相关性的卫星节点对(v_i，v_j)，v_i为源节点卫星v_j为目的节点或中继节点；步骤三：判断所述的卫星节点对(v_i，v_j)是否属于同一子群；是，则进入步骤四；否，则在第一计数器的计数数值上进行加1，进入步骤五；步骤四：将卫星节点对(v_i，v_j)记为更高一级的逻辑层节点，归为原卫星节点集合和星间链路集合中；进入步骤十四；步骤五：判断第一计数器的计数数值是否达到系统预先设定的第一阀值；是，则进入步骤十三；否，则进入步骤六；步骤六：判断卫星节点对(v_i，v_j)是否属于同一临时子群；是，则进入步骤十一；否，则进行步骤七；步骤七：判断卫星节点对(v_i，v_j)之间的星间跳数值与系统预先设定的跳数阀值之间的关系；若跳数＞1且≤阀值，则进入步骤八；若跳数＝1，则进入步骤十一；若跳数＞阀值，则进入步骤十；步骤八：将卫星节点对(v_i，v_j)归为同一临时子群，并在第二计数器的计数数值上进行加1；步骤九：判断第二计数器的计数数值是否达到系统预先设定的第二阀值；是，则进入步骤十；否，则返回步骤二；步骤十：将卫星节点对(v_i，v_j)归为不同子群，并返回步骤二；步骤十一：判断此时的网络拓扑结构是否满足最短路由表长度约束条件；是，则进入步骤十二；否，则返回步骤八，步骤十一中此时的网络拓扑结构所要满足的最短路由表长度约束条件是参量L和M应满足下面公式中的对称关系：or其中，L表示多层卫星网络分群结构的逻辑层数，逻辑层数的变化范围从0到L-1层；M表示最高逻辑层L-1层内的分群个数，其中，第l层的卫星可以与l-1(l＝1，，L-1)层卫星建立层间星间链路；步骤十二：判断此时的网络拓扑结构是否满足I(G/(j，t))≥C_ok；是，则进入步骤十三；否，则返回步骤八，其中C_ok表示多层卫星网络拓扑稳定性和最短路由表长度要求下所必须满足的最小稳定性阀值；I表示网络粘连度；步骤十三：将卫星节点对(v_i，v_j)归为同一子群，并返回步骤二；步骤十四：判断此时的网络拓扑结构是否满足最短路由表长度约束条件；是，则返回步骤二；否，则在第三计数器的计数数值上进行加1，进入步骤十五；步骤十五：判断第三计数器的计数数值是否达到系统预先设定的第三阀值；否，则进入步骤十六；是，则进入步骤十七；步骤十六：暂不考虑卫星节点对(v_i，v_j)之间的业务相关性，并返回步骤二；步骤十七：利用网络链路稳定性度量函数S删除多层卫星网络中的冗余星间链路；步骤十八：得到基于五向量数学模型描述的G＝(V，E，F，L，S)多层卫星网络稳定分群拓扑结构，V＝{V_N＝{v_i，i＝1，，N}，N}表示卫星节点集；E表示星间链路集合，并满足关系E＝V×V；L表示多层卫星网络分群结构的逻辑层数；网络链路稳定性度量函数S；步骤二中开销函数为F＝{fij(t)}＝{(Ttra，ij(t)，Bij(t))}(i，j＝1，，N)，它是表示一个周期内链路(vi，vj)∈E的开销函数；其中，Ttra，ij(t)表示链路的传播时延；Bij(t)＝wij(t)/Cij表示带宽利用率，Cij表示卫星节点对(vi，vj)的链路容量；wij(t)表示以卫星节点vi为源节点卫星vj为目的节点或中继节点的传输业务负载；根据全球业务的周期统计分布W(t)和卫星节点的周期运动轨迹R＝[r_ij(t)]，得到t时刻卫星v_i和v_j的业务相关性r_ij(t)(i，j＝1，，N)，其中，w_i表示卫星v_i的总业务负载；w^*_i表示卫星v_i中来自其他异构网络的业务负载；将开销函数F简化为周期函数F＝{f_ij(t)}，满足关系f_ij(t)＝f_ij(t+KT_S)(K＝0，1，，∞)，且当卫星节点v_i和v_j不存在直接链路时，f_ij(t)＝∞。