基于卫星网络的多对一通信冲突处理方法

摘要

本发明所属技术领域为卫星通信，涉及基于卫星网络的多对一通信冲突处理方法。本方法通过研究多个卫星和一个卫星进行通信的场景，提出了卫星网络的多对一通信冲突处理方法，解决了卫星因为资源不足所引发的争用、冲突的问题，适用于我国通信卫星和军用卫星系统。该方法具有低冲突率和低延时，对提高航天通信任务的质量和通信设备的使用效率具有重要意义。

主权项

基于卫星网络的多对一通信冲突处理方法，其特征在于具有如下步骤：步骤1、首先采用编码策略，将低轨卫星的标号和通信时间绑定生成一维数组，奇数位表示标号，取值为0到n，偶数位表示通信时间，按照卫星标号和卫星的通信时间确定其通信的码元；步骤2、接着采用启发式方式产生初始的分配方式，利用公式（1）计算满意度，去除低于满意度的数据，保证初始种群的多样性；定义调整时间满意度函数：f(Δt)＝cea/Δt，Δt＞0                 (1)其中，c、d为正常数，c表示最小满意度，d表示卫星通信所要调整的时间，e表示2.7到2.8间的常数，Δt表示调整后任务的提前或推迟时间；步骤3、确定初温和初始解，利用公式(2)测算初温，在初温的范围内取初始的解；由公式(1)利用启发式方法得到新的初始时间分配，冲突发生时需要确定算法应用的时间段，每个卫星编码之后采用纵向分割时间段的方式划分为几个小段，每个小段都可以作为初始时间；卫星的通信时间冲突最小状态的目标值用Tb表示、卫星的通信时间冲突最大的状态的目用Tw表示，并令最差状态相对最优状态的接受概率为Pr，由函数：T＝(Tw‑Tb)/lnpr                        (2)可确定初温T，即模拟退火算法中的初始最高等级数，通过确定初温T，明确了卫星通信的上限时间；T应该遵循公式(2)，并在满意度公式(1)允许的情况下进行选择；步骤4、采用LOX，CI，PMX，NABLE这4种不同方式的交叉操作来继承父代优良模式，由于初始分配得到的通信时间段比较单一，为了延长单个卫星通信的时间并且缩短多星冲突的通信时间，减少冲突率，需要在给定的范围内，将整个时间分为M个时间段，在各时间段中按一定的概率0.6～0.7随机选择一个时间段，与整个时间所述4种方式中的冲突最小状态所在的时间段，以不同的方式进行交叉，直至产生M个新的时间段；步骤5、交叉算子运行后利用公式(1)舍弃低于满意度的值，剩余的时间段将运行退温操作；利用公式（3）交叉选择算子计算适合种群分布的最优解，交叉和选择的概率决定了种群的分布状况，Metropolis抽样过程是针对每个时间段进行的，对旧时间段采用互换操作产生新时间段,并通过判断函数：Tn＝e‑Δ/t，0≤Tn≤1                           (3)来接受新状态Tn，式中t为操作的时间点，Δ为新旧时间段的目标值差，如此起到概率可控的寻优操作，而且可以做到增加时间段多样性并避免搜索陷入局部极小；此算法中所产生的新时间段即变异时间，变异操作的目的是使遗传算法具有随机搜索能力，并保持群体的多样性；在算法中，变异概率很小，通常取值为0～0.02；通过此操作能够保证算法产生最优卫星通信时间段；步骤6、利用公式(2)初温和公式(4)退温，在固定的范围内进行种群的再度优化，卫星通信时间的起点已确定，为了确定终点通信时间，达到通信上下限都明确的效果，采用工程中常用的指数退温，即模拟退火算法中的退温函数：tk＝λtk‑1                                 (4)λ为退温速率，一般取0.85～0.95，退温操作能优化时间的分配，并同初温操作一起确定了卫星通信的上下限，最后得到最满意的解，此解使通信冲突的时间段达到最小。