CN106712835B - 分布式星群的分簇方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种分布式星群的分簇方法和装置，涉及卫星通信的技术领域，该方法包括：实时检测目标地面站，其中，目标地面站为当前时刻当前卫星能够接入的地面站，目标地面站的数量至少为一个；确定当前时刻当前卫星的待传输内容与目标传输内容的内容相似度，其中，目标传输内容为目标地面站对应的卫星簇中全部待传输内容；根据内容相似度确定当前卫星相对于每个目标地面站的适应指标，以根据适应指标在目标地面站中确定最优地面站；控制当前卫星接入最优地面站，以完成对当前卫星的分簇操作，缓解了现有技术中的分簇方法导致的卫星簇传输性能较差的技术问题，从而实现了提高卫星簇的传输性能的技术效果。

Description

分布式星群的分簇方法和装置

技术领域

本发明涉及卫星通信的技术领域，尤其是涉及一种分布式星群的分簇方法和装置。

背景技术

分布式星群是指一些分布在相同或者邻近轨道上的卫星群，通过合理的分簇算法，簇内可以采用群间链路，不同于卫星和地面站的通信，群间链路具有更大的带宽和更小的通信时延。另外，分布式星群由于其可以灵活的组网协同，有效地资源整合，具有重要的国家战略意义。然而，分布式星群往往用于临时的突发的业务，此时卫星的拓扑往往呈现出不规律，高度动态，分布式的特点，如何有效的分簇是其核心技术之一。

现有的卫星分簇算法大多基于单一的卫星星座系统而设计，即基于固定的路径规划或者任务组织的，以完成一个特定的任务。当服务于一个特定任务的卫星群在地面站覆盖范围之内时，将这些卫星划分到一个簇，这种方式也被称为基于距离的方式。然而，以上方案往往不能应对突发的大容量内容需求。

实际上，随着空间中卫星和对应的地面站数目的不断增加，一个卫星可能对应了多个可用的地面站。特别的，不同卫星之间可能有相同的内容需求时候，特别是如今人们对视频，音频，即时新闻等多媒体服务的需求不断增加。事实上，人们的内容需求往往呈现出幂率分布的特点，即极少数内容被极大多数人需要，所以两颗卫星需求相同的内容具有极大的可能性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式星群的分簇方法和装置，以缓解了现有技术中的分簇方法导致的卫星簇的传输性能较差的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种分布式星群的分簇方法，包括：实时检测目标地面站，其中，所述目标地面站为当前时刻当前卫星能够接入的地面站，所述目标地面站的数量至少为一个；确定所述当前时刻所述当前卫星的待传输内容与目标传输内容的内容相似度，其中，所述目标传输内容为所述目标地面站对应的卫星簇中全部待传输内容；根据所述内容相似度确定所述当前卫星相对于每个所述目标地面站的适应指标，以根据所述适应指标在所述目标地面站中确定最优地面站；控制所述当前卫星接入所述最优地面站，以完成对所述当前卫星的分簇操作。

进一步地，确定所述当前时刻所述当前卫星与所述目标地面站对应的卫星簇中全部待传输内容的内容相似度包括：根据第一公式计算在t时段第len时隙，当前卫星i接入至目标地面站j之后所增加的数据传输量，其中，所述目标地面站j为至少一个所述目标地面站中的任意一个地面站，表示所述增加的数据传输量，表示所述当前卫星i在第len时隙内的内容需求；根据第二公式计算在所述第len时隙所述目标地面站j传输的数据的第一数据总量，其中，表示所述第一数据总量，C_j表示所述目标地面站j对应的卫星簇中的全部卫星；根据第三公式计算T个时隙内，所述目标地面站j传输的数据的第二数据总量，其中，Ω_j(t)表示所述第二数据总量；基于所述第二公式和所述第三公式确定所述内容相似度。

进一步地，根据所述第二公式和所述第三公式确定所述内容相似度包括：将所述第二公式代入至所述第三公式中，得到公式其中，Θ_i→j表示所述内容相似度。

进一步地，根据所述内容相似度确定所述当前卫星相对于每个所述目标地面站的适应指标包括：根据公式S_i→j(t)＝α₁·Θ_i→j(t)+α₂·Ω_j(t)确定所述适应指标，其中，α₁表示第一加权因子，α₂表示第二加权因子，S_i→j(t)表示所述适应指标。

进一步地，在控制所述当前卫星接入所述最优地面站，以完成对所述当前卫星的分簇操作之后，所述方法还包括：更新当前时刻每个卫星簇的全部待传输内容和所述每个卫星簇中除所述每个卫星簇的全部待传输内容之外还需传输的数据。

进一步地，根据所述内容相似度确定所述当前卫星相对于每个所述目标地面站的适应指标，以根据所述适应指标在所述目标地面站中确定最优地面站包括：将至少一个适应指标中满足条件的指标对应的地面站作为最小适应指标值对应的目标地面站作为所述最优地面站。

根据本发明实施例的另一个方面，还提供了一种分布式星群的分簇装置，包括：检测单元，用于实时检测目标地面站，其中，所述目标地面站为当前时刻当前卫星能够接入的地面站，所述目标地面站的数量至少为一个；第一确定单元，用于确定所述当前时刻所述当前卫星的待传输内容与目标传输内容的内容相似度，其中，所述目标传输内容为所述目标地面站对应的卫星簇中全部待传输内容；第二确定单元，用于根据所述内容相似度确定所述当前卫星相对于每个所述目标地面站的适应指标，以根据所述适应指标在所述目标地面站中确定最优地面站；控制单元，用于控制所述当前卫星接入所述最优地面站，以完成对所述当前卫星的分簇操作。

进一步地，所述第一确定单元包括：第一计算模块，用于根据第一公式计算在t时段第len时隙，当前卫星i接入至目标地面站j之后所增加的数据传输量，其中，所述目标地面站j为至少一个所述目标地面站中的任意一个地面站，表示所述增加的数据传输量，表示所述卫星i在第len时隙内的内容需求；第二计算模块，用于根据第二公式计算在所述第len时隙所述目标地面站j传输的数据的第一数据总量，其中，表示所述第一数据总量，C_j表示所述目标地面站j对应的卫星簇中的全部卫星；第三计算模块，用于根据第三公式计算T个时隙内，所述目标地面站j传输的数据的第二数据总量，其中，Ω_j(t)表示所述第二数据总量；第三确定模块，用于基于所述第二公式和所述第三公式确定所述内容相似度。

进一步地，所述第三确定模块用于：将所述第二公式代入至所述第三公式中，得到公式其中，Ω_j(t)表示所述内容相似度。

进一步地，所述第二确定单元用于：根据公式S_i→j(t)＝α₁·Θ_i→j(t)+α₂·Ω_j(t)确定所述适应指标，其中，α₁表示第一加权因子，α₂表示第二加权因子，S_i→j(t)表示所述适应指标。

在本发明实施例中，首先实时检测当前时刻当前卫星能够接入的地面站目标地面站；然后，确定当前时刻当前卫星与目标地面站的内容相似度，其中，内容相似度表示当前卫星与目标地面站所待传输的数据的相似程度；接下来，根据内容相似度确定当前卫星与每个目标地面站的适应指标，以根据适应指标在目标地面站中确定最优地面站；最后，控制当前卫星接入最优地面站，以完成对当前卫星的分簇操作。在本发明实施例中，通过内容相似度来确定最优地面站，达到了组件稳定性高的卫星簇的目的，进而缓解了现有技术中的分簇方法导致的卫星簇的传输性能较差的技术问题，从而实现了提高卫星簇的传输性能的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种分布式星群的分簇方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的一种分布式星群的分簇装置的示意图；

图3是根据本发明实施例的一种可选地分布式星群的分簇装置的示意图；

图4是根据本发明实施例的另一种可选地分布式星群的分簇装置的示意图；

图5是根据本发明实施例的另一种可选地分布式星群的分簇装置的示意图；

图6是根据本发明实施例的另一种可选地分布式星群的分簇装置的示意图；

图7是根据本发明实施例的一种分布式星群系统的结构示意图；

图8是根据本发明实施例的一组仿真结果对比的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

根据本发明实施例，提供了一种分布式星群的分簇方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的一种分布式星群的分簇方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：

步骤S102，实时检测目标地面站，其中，目标地面站为当前时刻当前卫星能够接入的地面站，目标地面站的数量至少为一个；

在本发明实施例中，当前卫星实时检测目标地面站，其中，目标地面站为当前时刻当前卫星能够接入的地面站，也就是说，在当前时刻当前卫星与目标地面站之间的通信链路可见。

需要说明的是，在同一时刻，当前卫星能够接入的地面站的数量可以为多个，还可以为多个。

在本发明实施例中，使用向量表示当前卫星i的可接入的目标地面站情况，其中，当时，表示当前卫星i可以目标地面站j，当时，表示当前卫星i不能接入。

步骤S104，确定当前时刻当前卫星的待传输内容与目标传输内容的内容相似度，其中，目标传输内容为目标地面站对应的卫星簇中全部待传输内容；

在本发明实施例中，在确定在当前时刻当前卫星能够接入的目标地面之后，就可以计算当前卫星与每个目标地面站对应的卫星簇的内容相似度。也就是说，就可以计算当前卫星的待传输数据与每个目标地面站在对应的卫星簇中待传输数据的相似程度。

如果当前卫星的待传输数据与目标地面站在对应的卫星簇中的待传输数据的相似程度越高，则表明目标地面站之间重复传输的内容越少，那么目标地面站的传输效率也就相应地越高。

步骤S106，根据内容相似度确定当前卫星相对于每个目标地面站的适应指标，以根据适应指标在目标地面站中确定最优地面站；

在本发明实施例中，在计算得到当前卫星与每个目标地面站之间的内容相似度之后，就可以根据内容相似度确定每个目标地面站与当前卫星的适应指标，进而，根据适应指标确定最优地面站。

需要说明的是，在本发明实施例中，适应指标可以设置为适应指标A，其中，该适应指标A越大，则表明该目标地面站与当前卫星的适应程度越高；该适应指标还可以设置为适应指标B，其中，适应指标B＝1-适应指标A，也就是说，该适应指标B越大，则表明该目标地面站与当前卫星的适应程度越低。具体地，在本发明实施例中，不对适应指标做具体的限定。

步骤S108，控制当前卫星接入最优地面站，以完成对当前卫星的分簇操作。

在本发明实施例中，在确定出最优地面站之后，就可以控制当前卫星接入最优地面站。其中，在当前卫星接入最优地面站之后，即完成了对当前卫星的分簇操作。需要说明的是，在本发明实施例中，最优地面站是指当前卫星通过该地面站传输数据的性能最佳。

在本发明实施例中，首先实时检测当前时刻当前卫星能够接入的地面站目标地面站；然后，确定当前时刻当前卫星与目标地面站的内容相似度，其中，内容相似度表示当前卫星与目标地面站所待传输的数据的相似程度；接下来，根据内容相似度确定当前卫星与每个目标地面站的适应指标，以根据适应指标在目标地面站中确定最优地面站；最后，控制当前卫星接入最优地面站，以完成对当前卫星的分簇操作。在本发明实施例中，通过内容相似度来确定最优地面站，达到了组件稳定性高和性能佳的卫星簇的目的，进而缓解了现有技术中的分簇方法导致的卫星簇的稳定性较差的技术问题，从而实现了提高卫星簇的稳定性的技术效果。

在本发明实施例的一个可选实施方式中，确定当前时刻当前卫星与目标地面站对应的卫星簇中全部待传输内容的内容相似度包括如下步骤：

步骤S1041，根据第一公式计算在t时段第len时隙，当前卫星i接入至目标地面站j之后所增加的数据传输量，其中，目标地面站j为至少一个目标地面站中的任意一个地面站，表示增加的数据传输量，表示当前卫星i在第len时隙内的内容需求，表示当前卫星z在第len时隙内的内容需求，当前卫星i与当前卫星z为不相同的卫星；

通过上述描述可知，内容相似度表示当前卫星的待传输数据与目标地面站对应的卫星簇所待传输的数据的相似程度，也就是说，如果想要确定内容相似度，需要确定当前卫星在对应的卫星簇中的待传输数据中有多少数据与目标地面站所待传输的数据相同的数据，以及确定当前卫星在对应的卫星簇中的待传输数据中有多少与目标地面站所待传输的数据不相同的数据。在确定相同的数据和不相同的数据之后，就可以根据其计算内容相似度。需要说明的是，上述不相同的数据即为目标地面站需要额外传输的数据，需要额外传输的数据越多，则表示目标地面站的数据传输速率越低。因此，在本发明实施例中，通过计算当前卫星与目标地面站的相似度能够准确地为当前卫星找到对应的卫星簇，并接入该卫星簇。

在本发明实施例中，使用Ω_j(t)表示目标地面站j在当前时刻的所有的传输数据， Θ_i→j(t)表示如果当前卫星i接入目标地面站j后额外需要传输的内容，也即，当前卫星i的 待传输数据中与目标地面站j的传输数据不相同的部分。此外，假设一个传输时段可以分为 len个时隙，即表示当前卫星i在t时段的第len个时隙内的内容需求。基于在每个时隙 内对比内容的相似性，成立当且仅当

因此，在本发明实施例中，可以通过下述第一公式计算在t时段的第len个时隙，当前卫星i接入目标地面站j之后所增加的数据传输量，其中，第一公式可以表示为：

步骤S1042，根据第二公式计算在第len时隙目标地面站j传输的数据的第一数据总量，其中，表示第一数据总量，C_j表示目标地面站j对应的卫星簇中的全部卫星；

在确定在t时段第len时隙，当前卫星i接入至目标地面站j之后所增加的数据传输量之后，就可以根据第二公式计算在第len时隙中，目标地面站j对应的卫星簇中全部卫星在接入至目标地面站j之后所增加的数据传输量之和，即，第一数据总量。

步骤S1043，根据第三公式计算T个时隙内，目标地面站j传输的数据的第二数据总量，其中，Ω_j(t)表示第二数据总量；

在确定出第一数据总量之后，就可以根据第三公式计算T个时隙内目标地面站j对应的卫星簇中全部卫星在接入至目标地面站j之后所增加的数据传输量之和，即，第二数据总量。

步骤S1044，基于第二公式和第三公式确定内容相似度；

最后，就可以根据第二公式和第三公式确定当前卫星相对于每个目标地面站的内容相似度。

进一步地，根据第二公式和第三公式确定内容相似度包括：

将第二公式代入至第三公式中，得到公式其中，Θ_i→j表示内容相似度。具体地，在本发明实施例中，可以将第二公式代入至第三公式中，进而，得到当前卫星相对于每个目标地面站的内容相似度。

在本发明实施例的一个可选实施方式中，根据内容相似度确定当前卫星相对于每个目标地面站的适应指标包括如下步骤：

步骤S1061，根据公式S_i→j(t)＝α₁·Θ_i→j(t)+α₂·Ω_j(t)确定适应指标，其中，α₁表示第一加权因子，α₂表示第二加权因子，S_i→j(t)表示适应指标。

具体地，在本发明实施例中，在确定内容相似度之后，就可以根据内容相似度确定当前卫星相对于每个目标地面站的适应指标，以根据适应指标确定最优地面站接入。

在确定适应指标时，考虑两个方面，一个是内容相程度Ω_j(t)，因为相似度越高，重复传输的内容越少，自然地效率越高。另一个方面是簇已经有的总的传输内容Θ_i→j(t)，用于避免超联盟的出现。具体的通过公式定义适应指标：S_i→j(t)＝α₁·Θ_i→j(t)+α₂·Ω_j(t)，其中，S_i→j(t)表示卫星i对目标地面站j的适应指标，α₁表示第一加权因子，α₂表示第二加权因子。

在通过上述计算当前卫星与每个目标地面站之间的适应指标，得到至少一个适应指标值之后，就可以根据至少一个参数值确定最优地面站。

具体地，如果将S_i→j(t)作为确定最优地面站的考虑因素，那么则可以在至少一个适应指标值中最小适应指标值对应的目标地面站作为最优地面站。如果将1-S_i→j(t)作为确定最优地面站的考虑因素，那么则可以在至少一个适应指标值中最大适应指标值对应的目标地面站作为最优地面站。

在本发明实施例中，在控制目标卫星接入最优地面站对应的目标簇，以完成对目标卫星的分簇操作之后，还可以更新当前时刻每个卫星簇的全部待传输内容和每个卫星簇中除每个卫星簇的全部待传输内容之外还需传输的数据。

综上，在本发明实施例中，提出了一种分布式星群的分簇方法，通过该方法能够有效利用卫星的内容需求的特征，设计基于内容相似度的分簇方法，提升卫星的吞吐量，降低时间延时，体现了卫星的分布式和个性化的特点。

实施例二

本发明实施例还提供了一种分布式星群的分簇装置，该分布式星群的分簇装置主要用于执行本发明实施例上述内容所提供的分布式星群的分簇方法，以下对本发明实施例提供的分布式星群的分簇装置做具体介绍。

图2是根据本发明实施例的一种分布式星群的分簇装置的示意图，如图2所示，该分布式星群的分簇装置主要包括：检测单元21，第一确定单元22，第二确定单元23和控制单元24，其中：

检测单元21，用于实时检测目标地面站，其中，目标地面站为当前时刻当前卫星能够接入的地面站，目标地面站的数量至少为一个；

在本发明实施例中，当前卫星实时检测目标地面站，其中，目标地面站为当前时刻当前卫星能够接入的地面站，也就是说，在当前时刻当前卫星与目标地面站之间的通信链路可见。

需要说明的是，在同一时刻，当前卫星能够接入的地面站的数量可以为多个，还可以为多个。

在本发明实施例中，使用向量表示当前卫星i的可接入的目标地面站情况，其中，当时，表示当前卫星i可以目标地面站j，当时，表示当前卫星i不能接入。

第一确定单元22，用于确定当前时刻当前卫星的待传输内容与目标传输内容的内容相似度，其中，目标传输内容为目标地面站对应的卫星簇中全部待传输内容；

在本发明实施例中，在确定在当前时刻当前卫星能够接入的目标地面之后，就可以计算当前卫星与每个目标地面站对应的卫星簇的内容相似度。也就是说，就可以计算当前卫星的待传输数据与每个目标地面站在对应的卫星簇中待传输数据的相似程度。

如果当前卫星的待传输数据与目标地面站在对应的卫星簇中的待传输数据的相似程度越高，则表明目标地面站之间重复传输的内容越少，那么目标地面站的传输效率也就相应地越高。

第二确定单元23，用于根据内容相似度确定当前卫星相对于每个目标地面站的适应指标，以根据适应指标在目标地面站中确定最优地面站；

在本发明实施例中，在计算得到当前卫星与每个目标地面站之间的内容相似度之后，就可以根据内容相似度确定每个目标地面站与当前卫星的适应指标，进而，根据适应指标确定最优地面站。

需要说明的是，在本发明实施例中，适应指标可以设置为适应指标A，其中，该适应指标A越大，则表明该目标地面站与当前卫星给的适应程度越高；该适应指标还可以设置为适应指标B，其中，适应指标B＝1-适应指标A，也就是说，该适应指标B越大，则表明该目标地面站与当前卫星的适应程度越低。具体地，在本发明实施例中，不对适应指标做具体的限定。

控制单元24，用于控制当前卫星接入最优地面站，以完成对当前卫星的分簇操作。

在本发明实施例中，在确定出最优地面站之后，就可以控制当前卫星接入最优地面站。其中，在当前卫星接入最优地面站之后，即完成了对当前卫星的分簇操作。需要说明的是，在本发明实施例中，最优地面站是指当前卫星通过该地面站传输数据的性能最佳。

在本发明实施例中，首先实时检测当前时刻当前卫星能够接入的地面站目标地面站；然后，确定当前时刻当前卫星与目标地面站的内容相似度，其中，内容相似度表示当前卫星与目标地面站所待传输的数据的相似程度；接下来，根据内容相似度确定当前卫星与每个目标地面站的适应指标，以根据适应指标在目标地面站中确定最优地面站；最后，控制当前卫星接入最优地面站，以完成对当前卫星的分簇操作。在本发明实施例中，通过内容相似度来确定最优地面站，达到了组件稳定性高和性能佳的卫星簇的目的，进而缓解了现有技术中的分簇方法导致的卫星簇的稳定性较差的技术问题，从而实现了提高卫星簇的稳定性的技术效果。

图3是根据本发明实施例的一种可选地分布式星群的分簇装置的示意图，如图3所示，第二确定单元23包括：第一确定模块31，其中，第一确定模块31，用于将至少一个适应指标中满足条件的指标对应的地面站作为最小适应指标值对应的目标地面站作为最优地面站。

图4是根据本发明实施例的一种可选地分布式星群的分簇装置的示意图，如图4所示，第一确定单元22包括：第一计算模块41，第二计算模块42，第三计算模块43和第二确定模块44，其中，第一计算模块41，用于根据第一公式计算在t时段第len时隙，当前卫星i接入至目标地面站j之后所增加的数据传输量，其中，目标地面站j为至少一个目标地面站中的任意一个地面站，表示增加的数据传输量，表示当前卫星i在第len时隙内的内容需求；第二计算模块42，用于根据第二公式计算在第len时隙目标地面站j传输的数据的第一数据总量，其中，表示第一数据总量，C_j表示目标地面站j对应的卫星簇中的全部卫星；第三计算模块43，用于根据第三公式计算T个时隙内，目标地面站j传输的数据的第二数据总量，其中，Ω_j(t)表示第二数据总量；第二确定模块44，用于基于第二公式和第三公式确定内容相似度。

可选地，第二确定模块用于：将第二公式代入至第三公式中，得到公式其中，Ω_j(t)表示内容相似度。

可选地，第二确定单元用于：根据公式S_i→j(t)＝α₁·Θ_i→j(t)+α₂·Ω_j(t)确定适应指标，其中，α₁表示第一加权因子，α₂表示第二加权因子，S_i→j(t)表示适应指标。

图5是根据本发明实施例的一种可选地分布式星群的分簇装置的示意图，如图5所示，该装置还包括更新单元51，用于在控制目标卫星接入最优地面站对应的目标簇，以完成对目标卫星的分簇操作之后，更新当前时刻每个卫星簇的全部待传输内容和每个卫星簇中除每个卫星簇的全部待传输内容之外还需传输的数据。

图6是根据本发明实施例的一种可选地分布式星群的分簇装置的示意图，如图6所示，该装置包括：地面站感知模块61，内容相似度计算模块62和适应指标分析模块63，其中，

地面站感知模块61用于实时感知当前可接入的地面站(即，上述目标地面站)。在本发明实施例中，使用向量表示当前卫星i的可接入的目标地面站情况，其中，当时，表示当前卫星i可以目标地面站j，当时，表示当前卫星i不能接入。

内容相似度计算模块62用于计算目标地面站对应的卫星簇的内容相似度，具体地，计算内容相似度的方法与上述实施例中步骤S1041至步骤S1044中的方法相同，此处不再赘述。

适应指标分析模块63用于计算当前卫星与每个目标地面站的适应指标，具体计算适应指标的方法与上述实施例中步骤S1061所描述的方法相同，此处不再赘述。

下面结合实际数值说明方案的优越性，一个卫星可能具有多个可接入地面站，参考图7，位于一个当前卫星簇内的卫星之间通信采用群间链路，卫星和地面站的通信采用群外链路。

为了简明起见，这里仅考虑当前卫星数目N＝10，目标地面站数目m＝3，当前卫星的内容需求服从幂率分布。下面对基于内容相似度的分簇过程中的相关数值进行设定，S_i→j(t)＝α₁·Θ_i→j(t)+α₂·Ω_j(t)中α₁和α₂分别取为a1，a2，其中，a1+a2＝1，时间长度为T。在上述条件下，分簇结果如下：

现有技术中基于位置的方案的分簇结果为：C₁＝{1,2,3,6}，C₂＝{4,5}，C₃＝{7,8,9,10}。

本发明中基于内容相似度的方案的分簇结果为：C₁＝{1,2,4,6}，C₂＝{3,5,7}，C₃＝{8,9,10}。

在得到分簇结果之后，就可以对每个卫星簇选取簇头卫星，在选择簇头卫星之前，可以先在当前卫星簇中选择簇头备选卫星。具体地，在本发明实施例中，可以根据公式计算每个卫星的资质参数，以根据资质参数确定是否作为簇头备选卫星，其中，d_k(t)表示当前卫星簇中的任意一个卫星与当前卫星簇内其他卫星之间的平均距离d_k(t)，表示当前卫星簇中的任意一个卫星在当前卫星簇的生存时间，p_k(t)表示当前卫星簇中的任意一个卫星的电量水平；第二权重，第一权重和第三权重分别为β₁＝b1/s，β₂＝b2/m，β₃＝b3/Ah。在本发明实施例中，可以计算当前卫星簇中每个卫星的资质参数H_k(t)，进而，根据资质参数确定用于参数博弈的簇头备选卫星。例如，选择多个资质参数中较大的M个资质参数对应的卫星为簇头备选卫星。在确定簇头备选卫星之后，可以将簇头备选卫星进行博弈处理，以根据博弈结果确定簇头卫星。

在本发明实施例中，测试了200次重复博弈，在簇C₁内部的情况的卫星1,2和4当选簇头卫星的频次依次为63,78和59次，正比于他们的H值2.225,2.750和2.117，体现了公平性。另外，平均博弈次数2.685次，证明了算法良好的收敛性质。

为了更好地对比方案的优越性，建立一个优化问题，优化目标是最大化当前簇内的总吞吐量。第一个约束来自卫星的最大吞吐量需求，第二个是系统带宽的限制。

其中，B_i表示分配给卫星的带宽，卫星的信噪比SNR_i随机分布在30dB和40dB之间。假设卫星的速率需求上限是400kb/s，带宽从10Hz到100Hz，分别测试了基于内容的方案和基于位置的方案的结果。

图8(a)是不同带宽下，两种方案下簇头卫星的平均吞吐量。从图中可以看出，基于内容的方案较传统的基于位置的方案具有更大的吞吐量。当带宽大于90Hz时，簇头卫星的平均速率接近速率的上限。

图8(b)是不同带宽下，两种方案下簇头卫星的平均时延。从图中可以看出，基于内容的方案较传统的基于位置的方案具有更低的时间延迟。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (6)

1.一种分布式星群的分簇方法，其特征在于，包括：

实时检测目标地面站，其中，所述目标地面站为当前时刻当前卫星能够接入的地面站，所述目标地面站的数量至少为一个；

确定所述当前时刻所述当前卫星的待传输内容与目标传输内容的内容相似度，其中，所述目标传输内容为每个所述目标地面站在对应的卫星簇中的待传输数据，所述内容相似度表示所述当前卫星的待传输数据与所述目标地面站在对应的卫星簇中的待传输数据的相似程度；

根据所述内容相似度确定所述当前卫星相对于每个所述目标地面站的适应指标，以根据所述适应指标在所述目标地面站中确定最优地面站；

控制所述当前卫星接入所述最优地面站，以完成对所述当前卫星的分簇操作；

其中，确定所述当前时刻所述当前卫星的待传输内容与所述目标传输内容的内容相似度包括：

根据第一公式计算在t时段第len时隙，当前卫星i接入至目标地面站j之后所增加的数据传输量，其中，所述目标地面站j为至少一个所述目标地面站中的任意一个地面站，表示所述增加的数据传输量，表示所述当前卫星i在第len时隙内的内容需求，表示当前卫星z在第len时隙内的内容需求，所述当前卫星i与所述当前卫星z为不相同的卫星；其中，I为指示函数，当且仅当时，

根据第二公式计算在所述第len时隙所述目标地面站j传输的数据的第一数据总量，其中，表示所述第一数据总量，C_j表示所述目标地面站j对应的卫星簇中的全部卫星；

根据第三公式计算T个时隙内，所述目标地面站j传输的数据的第二数据总量，其中，Ω_j(t)表示所述第二数据总量；

基于所述第二公式和所述第三公式确定所述内容相似度，包括：

将所述第二公式代入至所述第三公式中，得到公式 其中，Θ_i→j表示所述内容相似度。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述内容相似度确定所述当前卫星相对于每个所述目标地面站的适应指标包括：

根据公式S_i→j(t)＝α₁·Θ_i→j(t)+α₂·Ω_j(t)确定所述适应指标，其中，α₁表示第一加权因子，α₂表示第二加权因子，S_i→j(t)表示所述适应指标，Θ_i→j(t)表示在t时段，所述当前卫星i接入至所述目标地面站j之后所增加的总的传输内容。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在控制所述当前卫星接入所述最优地面站，以完成对所述当前卫星的分簇操作之后，所述方法还包括：

更新当前时刻每个卫星簇的全部待传输内容和所述每个卫星簇中除所述每个卫星簇的全部待传输内容之外还需传输的数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述内容相似度确定所述当前卫星相对于每个所述目标地面站的适应指标，以根据所述适应指标在所述目标地面站中确定最优地面站包括：

将至少一个适应指标值中最小适应指标值对应的目标地面站作为所述最优地面站，或，将至少一个适应指标值中最大适应指标值对应的目标地面站作为所述最优地面站。

5.一种分布式星群的分簇装置，其特征在于，包括：

检测单元，用于实时检测目标地面站，其中，所述目标地面站为当前时刻当前卫星能够接入的地面站，所述目标地面站的数量至少为一个；

第一确定单元，用于确定所述当前时刻所述当前卫星的待传输内容与目标传输内容的内容相似度，其中，所述目标传输内容为每个所述目标地面站在对应的卫星簇中的待传输数据，所述内容相似度表示所述当前卫星的待传输数据与所述目标地面站在对应的卫星簇中的待传输数据的相似程度；

第二确定单元，用于根据所述内容相似度确定所述当前卫星相对于每个所述目标地面站的适应指标，以根据所述适应指标在所述目标地面站中确定最优地面站；

控制单元，用于控制所述当前卫星接入所述最优地面站，以完成对所述当前卫星的分簇操作；

其中，所述第一确定单元包括：

第一计算模块，用于根据第一公式 计算在t时段第len时隙，当前卫星i接入至目标地面站j之后所增加的数据传输量，其中，所述目标地面站j为至少一个所述目标地面站中的任意一个地面站，表示所述增加的数据传输量，表示所述当前卫星i在第len时隙内的内容需求，表示当前卫星z在第len时隙内的内容需求，所述当前卫星i与所述当前卫星z为不相同的卫星；其中，I为指示函数，当且仅当时，

第二计算模块，用于根据第二公式计算在所述第len时隙所述目标地面站j传输的数据的第一数据总量，其中，表示所述第一数据总量，C_j表示所述目标地面站j对应的卫星簇中的全部卫星；

第三计算模块，用于根据第三公式计算T个时隙内，所述目标地面站j传输的数据的第二数据总量，其中，Ω_j(t)表示所述第二数据总量；

第二确定模块，用于基于所述第二公式和所述第三公式确定所述内容相似度；

所述第二确定模块还用于：

将所述第二公式代入至所述第三公式中，得到公式 其中，Θ_i→j表示所述内容相似度。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二确定单元用于：

根据公式S_i→j(t)＝α₁·Θ_i→j(t)+α₂·Ω_j(t)确定所述适应指标，其中，α₁表示第一加权因子，α₂表示第二加权因子，S_i→j(t)表示所述适应指标，Θ_i→j(t)表示在t时段，所述当前卫星i接入至所述目标地面站j之后所增加的总的传输内容。