CN111541582B - 卫星网络容量计算方法、装置和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种卫星网络容量计算方法、装置和电子设备，涉及通信的技术领域，包括获取预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图和每条星间链路的最大传输容量；结合时间扩展图、每条星间链路的最大传输容量和预设路径搜索策略在待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有增广路径；基于所有增广路径上星间链路的剩余传输容量确定预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量。本发明方法充分利用了卫星网络传输过程中的时间结构，在增广路径搜索过程中，一旦卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则卫星数据禁止回传至目标卫星，有效减少了增广路径搜索过程中的可能路径，从而缓解了现有技术中的卫星网络容量计算方法存在的计算时间长的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及通信的技术领域，尤其是涉及一种卫星网络容量计算方法、装置和电子设备。
背景技术
卫星网络是由同步轨道卫星、中轨卫星和低轨卫星组成的异构多层网络，且由于中轨卫星和低轨卫星围绕地球周期运转，卫星网络中卫星的连接关系将会随时间动态改变，进一步增加了卫星网络容量分析的复杂度。现有算法在对卫星网络容量进行计算时，由于卫星网络的不同节点类型及其随时间动态变化的拓扑结构，导致卫星网络容量的计算时间过长。
综上所述，现有技术中的卫星网络容量计算方法存在计算时间长的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种卫星网络容量计算方法、装置和电子设备，以缓解了现有技术中的卫星网络容量计算方法存在的计算时间长的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供一种卫星网络容量计算方法，包括：获取预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图和每条星间链路的最大传输容量；结合所述时间扩展图、每条星间链路的最大传输容量和预设路径搜索策略在所述待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有增广路径；若在所述增广路径的搜索过程中，用于搜索所述增广路径的卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则为所述目标卫星和其复制卫星设置禁止标识，其中，所述目标卫星为在按照预设路径搜索策略在当前搜索空间中搜索目的卫星时所搜索到的待计算卫星网络中的卫星，所述禁止标识用于表示禁止向具有禁止标识的卫星传送所述卫星数据；基于所有增广路径上星间链路的剩余传输容量确定所述预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量。
在可选的实施方式中，获取预设时间段内待计算卫星网络中各个卫星之间的连接关系；基于所述各个卫星之间的连接关系构建所述预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图。
在可选的实施方式中，结合所述时间扩展图、每条星间链路的最大传输容量和预设路径搜索策略在所述待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有增广路径，包括：基于所述每条星间链路的剩余传输容量确定残量拓扑图，其中，初始搜索状态下每条星间链路的剩余传输容量为对应的最大传输容量，初始搜索状态下的残量拓扑图为所述时间扩展图；结合所述预设路径搜索策略判断所述残量拓扑图中是否存在目标路径，若在所述目标路径的搜索过程中，所述卫星数据从所述目标卫星传送至其他卫星，则在所述残量拓扑图中为所述目标卫星和其复制卫星设置禁止标识，其中，所述目标路径为所述残量拓扑图中所述源卫星到所述目的卫星任意一条传输路径；若所述残量拓扑图中存在所述源卫星到所述目的卫星的目标路径，则标记所述目标路径，并基于所述目标路径更新每条星间链路的剩余传输容量；重复执行上述步骤，直至所述残量拓扑图中搜索不到所述源卫星到所述目的卫星的传输路径，并将标记的所有目标路径作为所述源卫星到所述目的卫星的所有增广路径。
在可选的实施方式中，基于所述目标路径更新每条星间链路的剩余传输容量，包括：基于所述目标路径上所有星间链路的剩余传输容量确定目标容量，其中，所述目标容量为所述剩余传输容量中的最小值；基于所述目标容量将所述目标路径上的所有星间链路的剩余传输容量进行更新。
在可选的实施方式中，基于所有增广路径上星间链路的剩余传输容量确定所述预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量，包括：基于每条增广路径上星间链路的剩余传输容量确定每条增广路径的最大传输容量；按照预设求和计算方式对所有增广路径的最大传输容量进行计算，并将计算结果确定为所述预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量。
在可选的实施方式中，所述预设路径搜索策略包括以下任一种：广度优先搜索策略，深度优先搜索策略。
第二方面，本发明实施例提供一种卫星网络容量计算装置，包括：获取模块，用于获取预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图和每条星间链路的最大传输容量；搜索模块，用于结合所述时间扩展图、每条星间链路的最大传输容量和预设路径搜索策略在所述待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有增广路径；若在所述增广路径的搜索过程中，用于搜索所述增广路径的卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则为所述目标卫星和其复制卫星设置禁止标识，其中，所述目标卫星为在按照预设路径搜索策略在当前搜索空间中搜索目的卫星时所搜索到的待计算卫星网络中的卫星，所述禁止标识用于表示禁止向具有禁止标识的卫星传送所述卫星数据；确定模块，用于基于所有增广路径上星间链路的剩余传输容量确定所述预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量。
在可选的实施方式中，所述获取模块包括：获取单元，用于获取预设时间段内待计算卫星网络中各个卫星之间的连接关系；构建单元，用于基于所述各个卫星之间的连接关系构建所述预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图。
第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述前述实施方式中任一项所述的方法的步骤。
第四方面，本发明实施例提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行前述实施方式中任一项所述的方法。
本发明提供了一种卫星网络容量计算方法，包括获取预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图和每条星间链路的最大传输容量；结合时间扩展图、每条星间链路的最大传输容量和预设路径搜索策略在待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有增广路径；若在增广路径的搜索过程中，用于搜索增广路径的卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则为目标卫星和其复制卫星设置禁止标识，其中，目标卫星为在按照预设路径搜索策略在当前搜索空间中搜索目的卫星时所搜索到的待计算卫星网络中的卫星，禁止标识用于表示禁止向具有禁止标识的卫星传送卫星数据；基于所有增广路径上星间链路的剩余传输容量确定预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量。本发明方法充分利用了卫星网络传输过程中的时间结构，在每条增广路径的搜索过程中，一旦卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则卫星数据禁止回传至目标卫星，有效的减少了增广路径搜索过程中的可能路径，从而缓解了现有技术中的卫星网络容量计算方法存在的计算时间长的技术问题。
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为本发明实施例提供的一种卫星网络容量计算方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种待计算卫星网络的时间扩展图的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种从t＝t0时刻到t＝t1时刻卫星网络中各个卫星之间的连接关系的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种结合时间扩展图、每条星间链路的最大传输容量和预设路径搜索策略在待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有增广路径的流程图；
图5为本发明实施例提供的一种异构多层卫星网络的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种本发明方法和传统方法进行容量计算时在计算时间和卫星网络容量两个指标的对比结果；
图7为本发明实施例提供的一种卫星网络容量计算装置的功能模块图；
图8为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
卫星网络中各个卫星之间的连接关系会随着时间进行动态变化，对于卫星网络中的时间容忍服务，数据传输过程可能经历了多次转发，整个服务过程将跨越多个不同的网络拓扑，因此卫星网络容量不能仅将网络分解为静态网络切片进行分析，还需要考虑不同网络拓扑之间的相关性。然而，卫星网络的不同节点类型与时间动态结构使得卫星网络性能分析具有极高的空间与时间复杂度，已有算法难以在有限时间内对卫星网络容量进行分析。有鉴于此，本发明实施例提供了一种卫星网络容量计算方法，用以缓解上文中所提出的技术问题。
实施例一
本发明实施例提供了一种卫星网络容量计算方法，如图1所示，该方法具体包括如下步骤：
步骤S102，获取预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图和每条星间链路的最大传输容量。
在本发明实施例中，卫星网络容量定义为，在预设时间段[t0,t1]内，基于星间链路传输，从源卫星vs到目的卫星vd可传输的最大数据容量 C(vs,vd,t0,t1)。要对待计算卫星网络的卫星网络容量进行计算，首先要获取预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图以及每条星间链路的最大传输容量，在本发明实施例中，定义c(u,v,t),u≠v,t∈[t0,t1]表示t时刻卫星u和卫星v 之间的星间链路的最大传输容量，通过信令信道与每个卫星进行通信，可以收集每个卫星所连接的星间链路的传输容量。
在时间扩展图中，每一列表示为t时刻，待计算卫星网络中各个卫星之间的连接关系，每一行中的所有节点为同一个卫星在不同时间下的复制卫星，每一行中的横向连边表示为该行卫星的存储边，存储边能够将上一时刻的卫星数据传输至下一时刻，横向连边的连接表示跨越时间的存储过程。在本发明实施例中，卫星的存储容量远大于星间链路所传输的数据容量，因此无需考虑存储边容量对卫星网络容量计算的影响，上文中获取的每条星间链路的最大传输容量是指获取每一列上的星间链路的最大传输容量。
为了便于理解，下面举例说明，假设待计算卫星网络中包括6个卫星，且在[t0,t1]内，待计算卫星网络的时间扩展图如图2所示，图2中第一列表示t＝t0时刻，待计算卫星网络中各个卫星之间的连接关系，由图2可知，t＝t0时刻卫星vs和卫星2存在星间链路，卫星2和卫星4存在星间链路，卫星5 和卫星vd存在星间链路，其他列所表示的含义依次类推，此处不再赘述，针对列与列之间的横向连边，上文中已经说明，横向连边表示卫星的存储边，假设源卫星到目的卫星的数据传输路径中包括t＝t0时刻卫星4到t＝t0+1 卫星4这条横向连边，则表示t＝t0时刻到t＝t0+1时刻，卫星数据一直存储在卫星4中，未将卫星数据传输给其他卫星。
步骤S104，结合时间扩展图、每条星间链路的最大传输容量和预设路径搜索策略在待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有增广路径。
若在增广路径的搜索过程中，用于搜索增广路径的卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则为目标卫星和其复制卫星设置禁止标识，其中，目标卫星为在按照预设路径搜索策略在当前搜索空间中搜索目的卫星时所搜索到的待计算卫星网络中的卫星，禁止标识用于表示禁止向具有禁止标识的卫星传送卫星数据。
在获取到待计算卫星网络的时间扩展图，以及每条星间链路的最大传输容量后，利用预设路径搜索策略在待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有的增广路径，增广路径为EdmondsKarp算法中所涉及的概念，在本发明实施例中，增广路径定义为从t＝t0时刻源卫星vs到t＝t1时刻目的卫星vd的一条传输路径，且该传输路径上所有链路的剩余传输容量均大于0，其中，t时刻卫星u和卫星v之间的星间链路的剩余传输容量cl(u,v,t)是该链路的最大传输容量c(u,v,t)减去该链路已分配的传输容量f(u,v,t)的计算结果，需要注意的是，本发明实施例在搜索增广路径时规定目的卫星为t＝t1时刻的卫星vd，虽然有存储边的存在，t＝t1时刻的卫星vd与t＝t0时刻的卫星vd是同一个卫星，但是为了搜索过程的标准化，源卫星与目的卫星唯一，限定目的卫星为t＝t1时刻的卫星vd。
上述预设搜索策略可以为广度优先搜索策略，也可以为其他的路径搜索策略，若增广路径不唯一，则存在多条增广路径，不同的路径搜索策略不影响卫星网络容量的计算结果，因此，本发明实施例不对路径搜索策略进行具体的限制，只要能够不断迭代，直至搜索不到源卫星到目的卫星的增广路径即可。
需要说明的是，为了降低卫星网络容量计算的复杂度，减少增广路径搜索过程中的可能路径，本发明实施例在利用预设路径搜索策略进行增广路径搜索的过程中，增加了限定条件：在任意一条增广路径的搜索过程中，如果卫星数据从目标卫星传送给了其他卫星，那么将给目标卫星以及目标卫星的复制卫星设置禁止标识，以表示禁止向目标卫星以及目标卫星的复制卫星传送卫星数据，也就是说，一旦卫星数据从目标卫星传送给其他卫星，则不允许卫星数据的回传，进而也就减少了增广路径搜索过程中的可能路径。
为了便于理解，下面举例说明，沿用图2中的时间扩展图，在增广路径搜索过程中，若t＝t0时刻卫星数据从源卫星vs传输至卫星2，那么将对图 2中第一行的所有卫星节点(源卫星vs及其所有的复制卫星)设置禁止标识，在后续的路径搜索过程中，卫星数据将不允许回传给图2中第一行的所有卫星节点，从而减少了增广路径搜索过程中的可能路径。上述禁止标识的有效时间为当前增广路径的搜索时间，在当前增广路径搜索时所设置的禁止标识不会遗传给下一条增广路径的搜索过程，每条增广路径开始搜索时，所有的禁止标识进行清零重置，一旦产生卫星数据的星间传输，则根据上述限定条件为相应的卫星设置禁止标识。
在本发明实施例中，源卫星到目的卫星的一条增广路径A可以表示为：
其中，
表示为t时刻增广路径A所经过的第n个节点，NA,t表示为t时刻增广路径A所经过的节点的数量，
表示卫星存储边的存储过程。利用数学表达式对上述增广路径的搜索过程中的限制条件进行表示，可得到
其中，
表示t时刻卫星
到卫星
已分配的传输容量，也即，表示在t时刻，卫星数据从卫星
传送到卫星
步骤S106，基于所有增广路径上星间链路的剩余传输容量确定预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量。
在确定了源卫星到目的卫星的所有增广路径后，根据每条增广路径上星间链路的剩余传输容量即可计算出预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量。
本发明提供了一种卫星网络容量计算方法，包括获取预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图和每条星间链路的最大传输容量；结合时间扩展图、每条星间链路的最大传输容量和预设路径搜索策略在待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有增广路径；若在增广路径的搜索过程中，用于搜索增广路径的卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则为目标卫星和其复制卫星设置禁止标识，其中，目标卫星为在按照预设路径搜索策略在当前搜索空间中搜索目的卫星时所搜索到的待计算卫星网络中的卫星，禁止标识用于表示禁止向具有禁止标识的卫星传送卫星数据；基于所有增广路径上星间链路的剩余传输容量确定预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量。本发明方法充分利用了卫星网络传输过程中的时间结构，在每条增广路径的搜索过程中，一旦卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则卫星数据禁止回传至目标卫星，有效的减少了增广路径搜索过程中的可能路径，从而缓解了现有技术中的卫星网络容量计算方法存在的计算时间长的技术问题。
在一个可选的实施方式中，上述步骤S102，获取预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图，具体包括如下步骤：
步骤S1021，获取预设时间段内待计算卫星网络中各个卫星之间的连接关系。
步骤S1022，基于各个卫星之间的连接关系构建预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图。
为了描述卫星网络随时间动态变化的特性，本发明实施例首先利用时间动态图将待计算卫星网络的动态拓扑变化分解为一系列的静态网络拓扑，然后引入存储边连接不同时间的静态网络拓扑，从而将整个动态的卫星网络转换为扩展后的静态图，即时间扩展图。
具体的，时间动态图需要根据预设时间段内待计算卫星网络中各个卫星之间的连接关系进行构建，图3示出了一种从t＝t0时刻到t＝t1时刻卫星网络中各个卫星之间的连接关系的示意图，图3中的每一个子图表示每个离散的单位时间上各个卫星之间的连接关系，卫星间存在连接关系表示该时刻星间链路传输容量非零，卫星间不存在连接关系表示该时刻星间链路传输容量为零，结合图3中的卫星连接关系，同时引入卫星的存储边，即可得到如图2所示的待计算卫星网络的时间扩展图。
在一个可选的实施方式中，如图4所示，上述步骤S104中，结合时间扩展图、每条星间链路的最大传输容量和预设路径搜索策略在待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有增广路径，具体包括如下步骤：
步骤S1041，基于每条星间链路的剩余传输容量确定残量拓扑图。
具体的，在本发明实施例中，增广路径是残量拓扑图中从t＝t0时刻源卫星vs到t＝t1时刻目的卫星vd的一条传输路径，且该传输路径上所有链路的剩余传输容量均大于0，因为增广路径是迭代搜索的过程，因此用残量拓扑图对当前的网络拓扑进行描述，残量拓扑图中的每条链路的剩余传输容量均大于0，也即，剩余传输容量为0的路径不会在残量拓扑图中显示，因此，获取到每条星间链路的剩余传输容量后，即可确定残量拓扑图，其中，初始搜索状态下每条星间链路的剩余传输容量为对应的最大传输容量，初始搜索状态下的残量拓扑图为时间扩展图，也就是说，开始搜索第一条增广路径时，默认每条链路已分配的传输容量均为0。
步骤S1042，结合预设路径搜索策略判断残量拓扑图中是否存在目标路径，若在目标路径的搜索过程中，卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则在残量拓扑图中为目标卫星和其复制卫星设置禁止标识。
在确定了残量拓扑图之后，结合预设路径搜索策略判断残量拓扑图中是否存在目标路径，其中，目标路径为残量拓扑图中源卫星到目的卫星任意一条传输路径，需要注意的是，在目标路径的搜索过程中，如果卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则在残量拓扑图中为目标卫星和其复制卫星设置禁止标识，上文中已经对设置禁止标识的含义、作用以及使用方法进行了详细的描述，此处不再赘述。
步骤S1043，若残量拓扑图中存在源卫星到目的卫星的目标路径，则标记目标路径，并基于目标路径更新每条星间链路的剩余传输容量。
如果根据上述预设路径搜索策略能够确定残量拓扑图中存在目标路径，则标记目标路径，并根据上述标记的目标路径对每条星间链路的剩余传输容量进行更新，从而能够根据更新后的每条星间链路的剩余传输容量确定更新的残量拓扑图。
步骤S1044，重复执行上述步骤，直至残量拓扑图中搜索不到源卫星到目的卫星的传输路径，并将标记的所有目标路径作为源卫星到目的卫星的所有增广路径。
上述步骤S1041至步骤S1043为在残量拓扑图中搜索一条增广路径的方法流程，为了得到待计算卫星网络 的卫星网络容量，需要不断迭代执行上述步骤S1041至步骤S1043，直到残量拓扑图中搜索不到源卫星到目的卫星的传输路径，即可停止迭代搜索。
本发明实施例在描述过程中，默认待计算卫星网络中存在至少一条增广路径，如果初始搜索状态下，时间扩展图中不存在源卫星到目的卫星的目标路径，则说明待计算卫星网络的卫星网络容量为0。
在一个可选的实施方式中，上述步骤S1043中，基于目标路径更新每条星间链路的剩余传输容量，具体包括如下内容：
首先，基于目标路径上所有星间链路的剩余传输容量确定目标容量，其中，目标容量为剩余传输容量中的最小值。
然后，基于目标容量将目标路径上的所有星间链路的剩余传输容量进行更新。
具体的，在确定出目标路径之后，需要确定该目标路径所能传输的数据容量，首先，根据目标路径上所有星间链路的剩余传输容量确定目标容量，其中，目标容量为剩余传输容量中的最小值，假设目标路径A所包含的星间链路的剩余传输容量依次为{100，∞，80，∞，20，50}，其中，∞表示卫星存储边的剩余传输容量，则目标路径A的目标容量为20，也即，目标路径A上的每条星间链路已分配的传输容量为20，根据剩余传输容量的计算算式可知，再确定目标路径A之后，该目标路径上的星间链路的剩余传输容量进行更新后可得到{80，∞，60，∞，0，30}，根据更新后的剩余传输容量可知，更新后的残量拓扑图与未更新的残量拓扑图相比，缺少一条星间链路(剩余传输容量为0的星间链路不在残量拓扑图中显示)。
在一个可选的实施方式中，上述步骤S106，基于所有增广路径上星间链路的剩余传输容量确定预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量，具体包括如下步骤：
步骤S1061，基于每条增广路径上星间链路的剩余传输容量确定每条增广路径的最大传输容量。
步骤S1062，按照预设求和计算方式对所有增广路径的最大传输容量进行计算，并将计算结果确定为预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量。
具体的，在得到t＝t0时刻源卫星vs到t＝t1时刻目的卫星vd的所有增广路径之后，要计算卫星网络容量，首先需要确定每条增广路径的最大传输容量，若增广路径A所包含的星间链路的剩余传输容量依次为{100，∞，80，∞，20，50}，则增广路径A的最大传输容量为20，也即，增广路径的最大传输容量为该路径上所有星间链路剩余传输容量中的最小值。按照上述方法确定出每条增广路径的最大传输容量后，按照预设求和计算方式对所有增广路径的最大传输容量进行计算，并将计算结果确定为预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量。上述预设求和计算方式可以选择直接累加的方式，例如，若总共确定出3条增广路径，且最大传输容量依次为20， 60，100，则可以确定预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量为180。
在一个可选的实施方式中，预设路径搜索策略包括以下任一种：广度优先搜索策略，深度优先搜索策略。
本发明实施例不对预设路径搜索策略进行具体限制，用户可以根据实际需求进行选择，预设路径搜索策略可以选择广度优先搜索策略，或者深度优先搜索策略，或者其他专门设计的图遍历方法均可。下面对使用广度优先搜索策略的搜索过程进行举例说明。
令V表示残量拓扑图中的所有卫星节点，首先搜索V中t＝t0时刻源卫星 vs相连的节点集合V1，如果V1中存在t＝t1时刻的目的卫星vd，则本次增广路径搜索结束，找到了源卫星到目的卫星的一条增广路径，然后根据该路径的最大传输容量更新残量拓扑图，再从更新后的残量拓扑图中搜索增广路径。
如果V1中不存在t＝t1时刻的目的卫星vd，则对于V1中的每一个卫星节点
搜索与
相连的节点集合V2i，需要注意的是，为了减少增广路径搜索过程中的可能路径，与
相连的节点集合V2i中不再包含源卫星vs和其复制卫星，若V2i中存在t＝t1时刻的目的卫星vd，则本次增广路径搜索结束，找到了源卫星到目的卫星的一条增广路径，然后根据该路径的最大传输容量更新残量拓扑图，再从更新后的残量拓扑图中搜索增广路径。
如果对于V1中的所有卫星节点
其相连的所有节点集合V2i中均不存在t＝t1时刻的目的卫星vd，则对于V2i中的每一个卫星节点
搜索与
相连的节点集合V3ij，判断V3ij中是否存在t＝t1时刻的目的卫星vd。且需要注意增广路径搜索的限制条件，如果卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则为目标卫星和其复制卫星设置禁止标识。
按照上述规则迭代在V中搜索，直到找到从t＝t0时刻的源卫星vs到t＝t1时刻的目的卫星vd的所有增广路径，如果遍历所有卫星节点后仍未找到增广路径，则结束增广路径的搜索过程。
发明人对本发明方法进行了验证，将本发明方法与传统方法进行了比较，图5示出了一种异构多层卫星网络的示意图，其中，低轨卫星参考铱星网络架构，卫星数量为66，中轨卫星参考O3b卫星网络架构，数量为12，同步轨道卫星数量设定为覆盖全球的最少卫星数量，数量为3。考虑t0＝1到 t1＝100共100个时间拓扑，分别使用本发明实施例所提供的卫星网络容量计算方法和传统方法进行容量计算，图6示出了两者在计算时间和卫星网络容量(图6中的系统容量)两个指标的对比结果，可以看出本发明所提出的方法具有低复杂度，且不失最优性，相对于传统容量计算方法能够将计算时间降低3个数量级，实现容量的快速计算。
综上所述，本发明实施例提供了一种卫星网络容量计算方法，该方法利用了卫星网络传输过程中的时间结构，减少增广路径搜索过程中的可能路径，显著降低了卫星网络中端到端容量计算的复杂度，为卫星网络的容量分析提供了理论支撑。
实施例二
本发明实施例还提供了一种卫星网络容量计算装置，该卫星网络容量计算装置主要用于执行上述实施例一所提供的卫星网络容量计算方法，以下对本发明实施例提供的卫星网络容量计算装置做具体介绍。
图7是本发明实施例提供的一种卫星网络容量计算装置的功能模块图，如图7所示，该装置主要包括：获取模块10，搜索模块20，确定模块30，其中：
获取模块10，用于获取预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图和每条星间链路的最大传输容量。
搜索模块20，用于结合时间扩展图、每条星间链路的最大传输容量和预设路径搜索策略在待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有增广路径；若在增广路径的搜索过程中，用于搜索增广路径的卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则为目标卫星和其复制卫星设置禁止标识，其中，目标卫星为在按照预设路径搜索策略在当前搜索空间中搜索目的卫星时所搜索到的待计算卫星网络中的卫星，禁止标识用于表示禁止向具有禁止标识的卫星传送卫星数据。
确定模块30，用于基于所有增广路径上星间链路的剩余传输容量确定预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量。
本发明提供了一种卫星网络容量计算装置，包括获取预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图和每条星间链路的最大传输容量；结合时间扩展图、每条星间链路的最大传输容量和预设路径搜索策略在待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有增广路径；若在增广路径的搜索过程中，用于搜索增广路径的卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则为目标卫星和其复制卫星设置禁止标识，其中，目标卫星为在按照预设路径搜索策略在当前搜索空间中搜索目的卫星时所搜索到的待计算卫星网络中的卫星，禁止标识用于表示禁止向具有禁止标识的卫星传送卫星数据；基于所有增广路径上星间链路的剩余传输容量确定预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量。本发明装置充分利用了卫星网络传输过程中的时间结构，在每条增广路径的搜索过程中，一旦卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则卫星数据禁止回传至目标卫星，有效的减少了增广路径搜索过程中的可能路径，从而缓解了现有技术中的卫星网络容量计算方法存在的计算时间长的技术问题。
可选的，获取模块10包括：
获取单元，用于获取预设时间段内待计算卫星网络中各个卫星之间的连接关系。
构建单元，用于基于各个卫星之间的连接关系构建预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图。
可选的，搜索模块20包括：
第一确定单元，用于基于每条星间链路的剩余传输容量确定残量拓扑图，其中，初始搜索状态下每条星间链路的剩余传输容量为对应的最大传输容量，初始搜索状态下的残量拓扑图为时间扩展图。
搜索单元，用于结合预设路径搜索策略判断残量拓扑图中是否存在目标路径，若在目标路径的搜索过程中，卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则在残量拓扑图中为目标卫星和其复制卫星设置禁止标识，其中，目标路径为残量拓扑图中源卫星到目的卫星任意一条传输路径。
标记更新单元，若残量拓扑图中存在源卫星到目的卫星的目标路径，则标记目标路径，并基于目标路径更新每条星间链路的剩余传输容量。
重复执行单元，用于重复执行上述步骤，直至残量拓扑图中搜索不到源卫星到目的卫星的传输路径，并将标记的所有目标路径作为源卫星到目的卫星的所有增广路径。
可选的，标记更新单元还用于：
基于目标路径上所有星间链路的剩余传输容量确定目标容量，其中，目标容量为剩余传输容量中的最小值。
基于目标容量将目标路径上的所有星间链路的剩余传输容量进行更新。
可选的，确定模块30，包括：
第二确定单元，用于基于每条增广路径上星间链路的剩余传输容量确定每条增广路径的最大传输容量。
计算单元，用于按照预设求和计算方式对所有增广路径的最大传输容量进行计算，并将计算结果确定为预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量。
可选的，预设路径搜索策略包括以下任一种：广度优先搜索策略，深度优先搜索策略。
实施例三
参见图8，本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：处理器60，存储器61，总线62和通信接口63，所述处理器60、通信接口63 和存储器61通过总线62连接；处理器60用于执行存储器61中存储的可执行模块，例如计算机程序。
其中，存储器61可能包含高速随机存取存储器(RAM， RandomAccessMemory)，也可能还包括非不稳定的存储器 (non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口63(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
总线62可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器61用于存储程序，所述处理器60在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器60中，或者由处理器60实现。
处理器60可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器60中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器60可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器61，处理器60读取存储器61中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
本发明实施例所提供的一种卫星网络容量计算方法、装置和电子设备的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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。
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 (9)
1.一种卫星网络容量计算方法，其特征在于，包括：
获取预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图和每条星间链路的最大传输容量；
结合所述时间扩展图、每条星间链路的最大传输容量和预设路径搜索策略在所述待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有增广路径；
若在所述增广路径的搜索过程中，用于搜索所述增广路径的卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则为所述目标卫星和其复制卫星设置禁止标识，其中，所述目标卫星为在按照预设路径搜索策略在当前搜索空间中搜索目的卫星时所搜索到的待计算卫星网络中的卫星，所述禁止标识用于表示禁止向具有禁止标识的卫星传送所述卫星数据；其中，在时间扩展图中，每一列表示为t时刻，待计算卫星网络中各个卫星之间的连接关系，每一行中的所有节点为同一个卫星在不同时间下的复制卫星；
基于所有增广路径上星间链路的剩余传输容量确定所述预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量；
其中，结合所述时间扩展图、每条星间链路的最大传输容量和预设路径搜索策略在所述待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有增广路径，包括：
步骤S1041，基于所述每条星间链路的剩余传输容量确定残量拓扑图，其中，初始搜索状态下每条星间链路的剩余传输容量为对应的最大传输容量，初始搜索状态下的残量拓扑图为所述时间扩展图；
步骤S1042，结合所述预设路径搜索策略判断所述残量拓扑图中是否存在目标路径，若在所述目标路径的搜索过程中，所述卫星数据从所述目标卫星传送至其他卫星，则在所述残量拓扑图中为所述目标卫星和其复制卫星设置禁止标识，其中，所述目标路径为所述残量拓扑图中所述源卫星到所述目的卫星任意一条传输路径；
步骤S1043，若所述残量拓扑图中存在所述源卫星到所述目的卫星的目标路径，则标记所述目标路径，并基于所述目标路径更新每条星间链路的剩余传输容量；
重复执行上述步骤S1041至步骤S1043，直至所述残量拓扑图中搜索不到所述源卫星到所述目的卫星的传输路径，并将标记的所有目标路径作为所述源卫星到所述目的卫星的所有增广路径。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图，包括：
获取预设时间段内待计算卫星网络中各个卫星之间的连接关系；
基于所述各个卫星之间的连接关系构建所述预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述目标路径更新每条星间链路的剩余传输容量，包括：
基于所述目标路径上所有星间链路的剩余传输容量确定目标容量，其中，所述目标容量为所述剩余传输容量中的最小值；
基于所述目标容量将所述目标路径上的所有星间链路的剩余传输容量进行更新。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所有增广路径上星间链路的剩余传输容量确定所述预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量，包括：
基于每条增广路径上星间链路的剩余传输容量确定每条增广路径的最大传输容量；
按照预设求和计算方式对所有增广路径的最大传输容量进行计算，并将计算结果确定为所述预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述预设路径搜索策略包括以下任一种：广度优先搜索策略，深度优先搜索策略。
6.一种卫星网络容量计算装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图和每条星间链路的最大传输容量；
搜索模块，用于结合所述时间扩展图、每条星间链路的最大传输容量和预设路径搜索策略在所述待计算卫星网络中搜索源卫星到目的卫星的所有增广路径；
若在所述增广路径的搜索过程中，用于搜索所述增广路径的卫星数据从目标卫星传送至其他卫星，则为所述目标卫星和其复制卫星设置禁止标识，其中，所述目标卫星为在按照预设路径搜索策略在当前搜索空间中搜索目的卫星时所搜索到的待计算卫星网络中的卫星，所述禁止标识用于表示禁止向具有禁止标识的卫星传送所述卫星数据；其中，在时间扩展图中，每一列表示为t时刻，待计算卫星网络中各个卫星之间的连接关系，每一行中的所有节点为同一个卫星在不同时间下的复制卫星；
确定模块，用于基于所有增广路径上星间链路的剩余传输容量确定所述预设时间段内待计算卫星网络的卫星网络容量；
其中，搜索模块包括：
第一确定单元，用于执行步骤S1041，基于所述每条星间链路的剩余传输容量确定残量拓扑图，其中，初始搜索状态下每条星间链路的剩余传输容量为对应的最大传输容量，初始搜索状态下的残量拓扑图为所述时间扩展图；
搜索单元，用于执行步骤S1042，结合所述预设路径搜索策略判断所述残量拓扑图中是否存在目标路径，若在所述目标路径的搜索过程中，所述卫星数据从所述目标卫星传送至其他卫星，则在所述残量拓扑图中为所述目标卫星和其复制卫星设置禁止标识，其中，所述目标路径为所述残量拓扑图中所述源卫星到所述目的卫星任意一条传输路径；
标记更新单元，用于执行步骤S1043，若所述残量拓扑图中存在所述源卫星到所述目的卫星的目标路径，则标记所述目标路径，并基于所述目标路径更新每条星间链路的剩余传输容量；
重复执行单元，用于重复执行上述步骤S1041至步骤S1043，直至所述残量拓扑图中搜索不到所述源卫星到所述目的卫星的传输路径，并将标记的所有目标路径作为所述源卫星到所述目的卫星的所有增广路径。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块包括：
获取单元，用于获取预设时间段内待计算卫星网络中各个卫星之间的连接关系；
构建单元，用于基于所述各个卫星之间的连接关系构建所述预设时间段内待计算卫星网络的时间扩展图。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
9.一种存储有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行权利要求1至5中任一项所述的方法。
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