CN111651859A - 一种通信卫星星座系统弹性性能的评估方法及装置 - Google Patents

一种通信卫星星座系统弹性性能的评估方法及装置 Download PDF

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CN111651859A CN202010345570.XA CN202010345570A CN111651859A CN 111651859 A CN111651859 A CN 111651859A CN 202010345570 A CN202010345570 A CN 202010345570A CN 111651859 A CN111651859 A CN 111651859A
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Abstract

本申请公开了一种通信卫星星座系统弹性性能的评估方法及装置，该方法包括：根据输入的业务信息建立星座系统模型，控制所述星座系统模型运行得到第一系统参数；根据所述业务信息在所述星座系统模型中注入扰动故障模型，并控制所述扰动故障模型运行，得到故障或扰动时的第二系统参数；根据所述第一系统性能参数以及所述第二系统性能参数确定星座系统的弹性度量参数的值，并根据所述弹性度量参数的值进行弹性性能评估。本申请解决了现有技术中对通信卫星星座系统弹性性能进行分析评估空白的技术问题。

Description

一种通信卫星星座系统弹性性能的评估方法及装置
技术领域
本申请涉及通信卫星星座系统技术领域，尤其涉及一种通信卫星星座系统弹性性能的评估方法及装置。
背景技术
随着卫星通信技术的迅猛发展，建立全球范围内的通信能力成为全球性的重要战略之一。通信卫星星座系统是由多颗通信卫星组成的卫星通信网络，由于其具有覆盖范围广、低时延、高速以及宽带等性能，被广泛作为全球范围内的通信系统。通信卫星星座系统在通信过程中不可避免的会受到扰动或攻击，恶意攻击和随机故障可能引起卫星链路和节点故障，对星座系统服务的可用性造成明显破坏，使得其业务功能中断或性能下降，若通信卫星星座系统的业务功能或性能不能得到及时的恢复，对通信卫星星座系统的性能会产生较大的负面影响。因此，在通信卫星星座系统受到扰动或攻击时，为了避免对通信卫星星座系统的性能产生较大的负面影响，在通信卫星星座系统设计过程中需要考虑系统的弹性性能，其中，弹性性能是指在面临故障和挑战的时候通信卫星星座系统可以提供并保持可接受的服务水平。
为了确保通信卫星星座系统在受到扰动或攻击时其能够恢复正常工作，需要对通信卫星星座系统业务功能的弹性性能进行分析评估，并根据评估结果确定出适合的弹性方案。而目前，在通信卫星星座系统在受到扰动或攻击时，缺乏对通信卫星星座系统弹性性能进行分析评估方案。
发明内容
本申请解决的技术问题是：针对现有技术中缺乏对通信卫星星座系统弹性性能进行分析评估方案，本申请提供了一种通信卫星星座系统弹性性能的评估方法及装置，通过建立星座系统模型仿真得到正常运行情况下的第一系统参数，以及在星座系统模型中注入扰动故障模型，通过运行扰动故障模型仿真得到扰动或故障情况下第二系统参数，根据第一系统参数和第二系统参数确定弹性度量参数的值，进而填补了对通信卫星星座系统弹性性能进行分析评估的空白。
第一方面，本申请实施例提供一种通信卫星星座系统弹性性能的评估方法，该方法包括：
根据输入的业务信息建立星座系统模型，控制所述星座系统模型运行得到第一系统参数；
根据所述业务信息在所述星座系统模型中注入扰动故障模型，并控制所述扰动故障模型运行，得到故障或扰动时的第二系统参数；
根据所述第一系统性能参数以及所述第二系统性能参数确定星座系统的弹性度量参数的值，并根据所述弹性度量参数的值进行弹性性能评估。
本申请实施例所提供的方案中，计算机设备根据输入的业务信息建立星座系统模型，控制所述星座系统模型运行得到第一系统参数；根据所述业务信息在所述星座系统模型中注入扰动故障模型，并控制所述扰动故障模型运行，得到故障或扰动时的第二系统参数；根据所述第一系统性能参数以及所述第二系统性能参数确定星座系统的弹性度量参数的值，并根据所述弹性度量参数的值进行弹性性能评估。因此，本申请实施例所提供的方案，通过建立星座系统模型仿真得到正常运行情况下的第一系统参数，以及在星座系统模型中注入扰动故障模型，通过运行扰动故障模型仿真得到扰动或故障情况下第二系统参数，根据第一系统参数和第二系统参数确定弹性度量参数的值，进而填补了对通信卫星星座系统弹性性能进行分析评估的空白。
可选地，根据输入的业务信息建立星座系统模型，包括：
根据所述业务信息确定业务类型，根据业务类型与通信链路之间预设的映射关系确定出所述业务类型对应的通信链路拓扑信息；
根据所述通信链路拓扑信息建立所述星座系统模型。
可选地，所述业务类型包括：L频段用户链路移动业务、VIP波束业务、航空监视业务或导航增强业务。
可选地，根据所述第一系统参数以及所述第二系统参数确定星座系统的弹性度量参数的值，包括：
将所述第一系统参数以及所述第二系统参数进行归一化处理，得到归一化后的第一系统参数以及归一化后的第二系统参数；
根据所述第二系统参数确定发生扰动或故障的时间点，根据所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值。
可选地，所述第一系统参数或第二系统参数包括：望大型参数以及望小型参数，其中，所述望大型参数是指参数值越大通信卫星星座系统弹性性能越好，所述望小型参数是指参数值越小通信卫星星座系统弹性性能越好。
可选地，将所述第一系统参数以及所述第二系统参数进行归一化处理，得到归一化后的第一系统参数以及归一化后的第二系统参数，包括：
若所述第一系统参数或所述第二系统参数为所述望大型参数，则将当前所述第一系统参数或所述第二系统参数的值除以其取值的最大值，得到所述归一化后的第一系统参数或所述归一化后的第二系统参数；或
若所述第一系统参数或所述第二系统参数为所述望小型参数，则将其取值的最小值除以当前所述第一系统参数或所述第二系统参数的值，得到所述归一化后的第一系统参数或所述归一化后的第二系统参数。
可选地，根据所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值，包括：
根据所述归一化后的第一系统参数确定所述星座系统的弹性类型，其中，所述弹性类型包括确定型弹性以及非确定型弹性；
根据所述弹性类型、所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值。
可选地，若所述弹性类型为确定型弹性，根据所述弹性类型、所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值，包括：
根据如下公式计算所述弹性度量参数的值：
Figure BDA0002470064160000041
其中，Rd表示弹性度量参数；Q(t)表示归一化后的第二系统参数值；Q0(t)表示归一化后的第一系统参数值；t0表示故障时间点；Ta表示预设的故障恢复时长。
可选地，若所述弹性类型为非确定型弹性，根据所述弹性类型、所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值，包括：
根据如下公式计算所述弹性度量参数的值：
Figure BDA0002470064160000042
其中，Rd表示弹性度量参数；Q(t)表示归一化后的第二系统参数值；t0表示故障时间点；Ta表示预设的故障恢复时长。
第二方面，本申请提供了一种通信卫星星座系统弹性性能的评估装置，该装置包括：
建模单元，用于根据输入的业务信息建立星座系统模型，控制所述星座系统模型运行得到第一系统参数；
控制单元，用于根据所述业务信息在所述星座系统模型中注入扰动故障模型，并控制所述扰动故障模型运行，得到故障或扰动时的第二系统参数；
确定单元，用于根据所述第一系统性能参数以及所述第二系统性能参数确定星座系统的弹性度量参数的值，并根据所述弹性度量参数的值进行弹性性能评估。
可选地，所述建模单元，具体用于
根据所述业务信息确定业务类型，根据业务类型与通信链路之间预设的映射关系确定出所述业务类型对应的通信链路拓扑信息；
根据所述通信链路拓扑信息建立所述星座系统模型。
可选地，所述业务类型包括：L频段用户链路移动业务、VIP波束业务、航空监视业务或导航增强业务。
可选地，所述确定单元，具体用于：
将所述第一系统参数以及所述第二系统参数进行归一化处理，得到归一化后的第一系统参数以及归一化后的第二系统参数；
根据所述第二系统参数确定发生扰动或故障的时间点，根据所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值。
可选地，所述第一系统参数或第二系统参数包括：望大型参数以及望小型参数，其中，所述望大型参数是指参数值越大通信卫星星座系统弹性性能越好，所述望小型参数是指参数值越小通信卫星星座系统弹性性能越好。
可选地，所述确定单元，具体用于：
若所述第一系统参数或所述第二系统参数为所述望大型参数，则将当前所述第一系统参数或所述第二系统参数的值除以其取值的最大值，得到所述归一化后的第一系统参数或所述归一化后的第二系统参数；或
若所述第一系统参数或所述第二系统参数为所述望小型参数，则将其取值的最小值除以当前所述第一系统参数或所述第二系统参数的值，得到所述归一化后的第一系统参数或所述归一化后的第二系统参数。
可选地，所述确定单元，具体用于：
根据所述归一化后的第一系统参数确定所述星座系统的弹性类型，其中，所述弹性类型包括确定型弹性以及非确定型弹性；
根据所述弹性类型、所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值。
可选地，若所述弹性类型为确定型弹性，所述确定单元，具体用于：
根据如下公式计算所述弹性度量参数的值：
Figure BDA0002470064160000061
其中，Rd表示弹性度量参数；Q(t)表示归一化后的第二系统参数值；Q0(t)表示归一化后的第一系统参数值；t0表示故障时间点；Ta表示预设的故障恢复时长。
可选地，若所述弹性类型为非确定型弹性，所述确定单元，具体用于：
根据如下公式计算所述弹性度量参数的值：
Figure BDA0002470064160000062
其中，Rd表示弹性度量参数；Q(t)表示归一化后的第二系统参数值；t0表示故障时间点；Ta表示预设的故障恢复时长。
第三方面，本申请提供一种计算机设备，该计算机设备，包括：
存储器，用于存储至少一个处理器所执行的指令；
处理器，用于执行存储器中存储的指令执行第一方面所述的方法。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面所述的方法。
附图说明
图1为本申请实施例所提供的一种通信卫星星座系统弹性性能的评估方法的流程示意图；
图2为本申请实施例所提供的一种星座系统的结构示意图；
图3为本申请实施例所提供的一种通信卫星星座系统弹性性能的评估装置的结构示意图；
图4为本申请实施例所提供的一种计算机设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种通信卫星星座系统弹性性能的评估方法做进一步详细的说明，该方法具体实现方式可以包括以下步骤(方法流程如图1所示)：
步骤101，计算机设备根据输入的业务信息建立星座系统模型，控制所述星座系统模型运行得到第一系统参数。
具体的，在本申请实施例所提供的方案中，计算机设备在建立星座系统模型之前，会根据接收的用户输入的业务需求建立业务信息模型，其中，所述业务信息模拟用于模拟仿真生成业务信息，例如，业务信息包括系统容量、系统吞吐量、系统连通性或者业务类型等信息。计算机设备在生成业务信息之后，根据所述业务信息建立星座系统模型的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。
在一种可能实现的方式中，根据输入的业务信息建立星座系统模型，包括：根据所述业务信息确定业务类型，根据业务类型与通信链路之间预设的映射关系确定出所述业务类型对应的通信链路拓扑信息；根据所述通信链路拓扑信息建立所述星座系统模型。
在一种可能实现方式中，所述业务类型包括：L频段用户链路移动业务、VIP波束业务、航空监视业务或导航增强业务。
具体的，在数据库中预先设置着业务类型与通信链路之间的映射关系，计算机设备根据业务类型确定对应的通信链路，然后，根据确定出的通信链路确定通信链路拓扑信息，其中，所述通信链路拓扑信息包括通信链路拓扑结构以及通信链路拓扑节点信息。
例如，针对L频段用户链路移动业务中系统内语音业务通信链路拓扑结构为接入往返与星间路由网；针对L频段用户链路移动业务中系统间话音、物联网、互联网热点推送业务的通信链路拓扑结构为用户接入上传卫星、通过星间网络路由至关口站可见卫星、通过馈电链路下传至关口站的往返网络；针对VIP波束业务中通信链路拓扑结构为用户接入上传卫星、通过星间网络路由至关口站可见卫星、通过馈电链路下传至关口站的往返网络；针对航空监视业务中通信链路拓扑结构为用户接入上传卫星、通过星间网络路由至关口站可见卫星、通过馈电链路下传至关口站的前向(无返向)网络；针对导航增强业务中通信链路拓扑结构为用户接入上传卫星、通过星间网络路由至关口站可见卫星、通过馈电链路下传至关口站的前向模型(无返向)网络。
例如，通信链路拓扑节点信息包括星座系统中空间段和地面信关部分卫星平台/链路组件，参见图2，所述平台/链路组件包括平台与综合处理器21、同轨星间链路载荷22、异轨星间链路载荷23、馈电链路载荷24、广播式自动相关监视(Automatic DependentSurveillance Broadcast，ADS-B)链路载荷25，或星地服务载荷26等。
进一步，计算机设备在确定出通信链路拓扑信息之后，根据所述通信链路拓扑信息建立星座系统模型，然后运行所述星座系统模型得到第一系统参数，其中，所述第一系统参数是指在无扰动或故障情况下，影响星座系统模型性能的参数。
步骤102，计算机设备根据所述业务信息在所述星座系统模型中注入扰动故障模型，并控制所述扰动故障模型运行，得到故障或扰动时的第二系统参数。
具体的，在本申请实施例所提供的方案中，星座系统面临的故障或扰动是多种多样的，主要包括：无意的配置错误或者操作失误，对手的恶意攻击或干扰，环境挑战(移动性、疲软的信道状态、不可预期的延迟、能量约束)，合法但是不同寻常的流量负载，低级的服务故障，或者卫星硬件失效等。故星座系统中卫星平台/链路及系统整体受到的扰动包含恶意攻击和随机故障两方面。因此，为了模拟星座系统受到的扰动，在数据库中预先存储着扰动故障模型，例如，扰动故障模型包括恶意攻击模型以及随机故障模型，在数据库中还存储着扰动故障模型与业务信息之间的映射关系。
计算机设备在无扰动或故障情况下，运行星座系统模型之后，根据业务信息与扰动故障模型之间的映射关系，确定当前业务信息对应的扰动故障模型，然后从数据库中调用该扰动故障模型，再星座系统模型中运行该扰动故障模型，得到故障或扰动时的第二系统参数。
步骤103，计算机设备根据所述第一系统性能参数以及所述第二系统性能参数确定星座系统的弹性度量参数的值，并根据所述弹性度量参数的值进行弹性性能评估。
具体的，计算机设备在得到星座系统正常运行的第一系统参数以及在扰动过故障时运行的第二系统参数之后，根据所述第一系统参数以及所述第二系统参数确定星座系统的弹性度量参数的值。在本申请实施例所提供的方案中，计算机设备根据所述第一系统参数以及所述第二系统参数确定星座系统的弹性度量参数的值的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。
在一种可能实现的方式中，根据所述第一系统参数以及所述第二系统参数确定星座系统的弹性度量参数的值，包括：将所述第一系统参数以及所述第二系统参数进行归一化处理，得到归一化后的第一系统参数以及归一化后的第二系统参数；根据所述第二系统参数确定发生扰动或故障的时间点，根据所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值。
在一种可能实现的方式中，所述第一系统参数或第二系统参数包括：望大型参数以及望小型参数，其中，所述望大型参数是指参数值越大通信卫星星座系统弹性性能越好，所述望小型参数是指参数值越小通信卫星星座系统弹性性能越好。
在本申请实施例所提供的方案中，望大型参数包括但不限制于通信容量或连通性；望小型参数包括业务时延。由于星座系统中不同卫星平台/链路组件所对应的系统参数不同，例如，参见表1，给出了不同卫星平台/链路组件的失效模式或降级状态、以及其对应的系统参数。
表1
卫星平台/链路组件 失效模式或降级状态 系统参数
平台及综合处理器 0/1失效 连通性、容量、时延
同轨星间链路 通信速率低 容量
同轨星间链路 通信速率低 容量
馈电链路 0/1失效 连通性、容量、时延
ADS-B链路载荷 0/1失效 连通性、容量
其中，表1中所示的0/1失效模式是指组卫星平台/链路组件在扰动或故障情况下，平台及综合处理器、馈电链路或ADS-B链路载荷，在0时失效，在1时正常工作，而在扰动或故障情况下，同轨星间链路或同轨星间链路并不会失效，而是降低通信速率。
进一步，由于系统参数的类型包括望大型参数和望小型参数两种参数，而这两种参数特性不同，因此，对不用类型的系统参数进行归一化处理的方法也不同，下面分别对望大型参数和望小型参数的归一化处理方法进行简要介绍。
一、若所述第一系统参数或所述第二系统参数为所述望大型参数，则将当前所述第一系统参数或所述第二系统参数的值除以其取值的最大值，得到所述归一化后的第一系统参数或所述归一化后的第二系统参数。
二、若所述第一系统参数或所述第二系统参数为所述望小型参数，则将其取值的最小值除以当前所述第一系统参数或所述第二系统参数的值，得到所述归一化后的第一系统参数或所述归一化后的第二系统参数。
进一步，计算机设备在得到归一化后的第一系统参数以及归一化后的第二系统参数之后，需要计算弹性度量参数的值。具体的，在本申请实施例所提供的方案中，计算弹性度量参数的值的方法有多种，下面以一种较佳的方法为例进行说明。
在一种可能实现的方式中，根据所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值，包括：根据所述归一化后的第一系统参数确定所述星座系统的弹性类型，其中，所述弹性类型包括确定型弹性以及非确定型弹性；根据所述弹性类型、所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值。
具体的，在本申请实施例所提供的方案中，考虑到正常情况下，星座系统的性能能够达到实际的要求，也可能无法达到实际的要求，故弹性度量参数的取值范围为[0，1]，其中，当弹性度量参数的取值为1时，表示在故障或扰动情况下，星座系统不会出现性能降级，或星座系统在性能下降时以无限大的速度恢复其性能；当弹性度量参数的取值为0时，表示在故障或扰动情况下，星座系统会受到破坏，且在允许的恢复时间内其性能不会恢复。
进一步，根据弹性度量参数的取值将星座系统的弹性类型分为确定型弹性以及非确定型弹性，其中，非确定型弹性是指正常情况下系统参数归一化值为1，确定型弹性是指正常情况下系统参数归一化取值在(0，1)范围内。不同弹性类型计算弹性度量参数的值各异，下面分别对上述确定型弹性以及非确定型弹性的星座系统的弹性度量参数计算方法进行简要介绍。
在一种可能实现方式中，若所述弹性类型为确定型弹性，根据所述弹性类型、所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值，包括：
根据如下公式计算所述弹性度量参数的值：
Figure BDA0002470064160000111
其中，Rd表示弹性度量参数；Q(t)表示归一化后的第二系统参数值；Q0(t)表示归一化后的第一系统参数值；t0表示故障时间点；Ta表示预设的故障恢复时长。
具体的，星座系统可以在预设的恢复时间内恢复，也可以在预设的时间内不能恢复，因此，在本申请实施例所提供的方案中，采用用户规定的最大允许恢复时间作为时间度量单位，即Ta是用户允许的最大系统性能恢复时间。
进一步，由于星座系统各业务的系统参数不能实时获取且数值具有波动性，且系统参数测量过程中往往采取的是等间隔测量，对归一化系统参数进行积分时可以用数值积分中的梯形公式来近似计算，如下式：
Figure BDA0002470064160000121
其中，k表示第k次对系统参数采样；N表示最大采样次数；Qk表示扰动或故障生后第k个Δt时刻的系统参数归一化值；Δt表示采样间隔。
在一种可能实现方式中，若所述弹性类型为非确定型弹性，根据所述弹性类型、所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值，包括：
根据如下公式计算所述弹性度量参数的值：
Figure BDA0002470064160000122
其中，R表示弹性度量参数；Q(t)表示归一化后的第二系统参数值；t0表示故障时间点；Ta表示预设的故障恢复时长。
进一步，在受到扰动或故障情况下，为了保证星座系统能够恢复其性能，在本申请实施例所提供的方案中，星座系统模型中设置有预设的弹性策略，其中，弹性策略包括：星座系统的在轨和地面备份星需求数量分析策略或备份卫星的启用策略等。具体的，星座系统的备份星需求数量分析策略包括组网段及在轨运行阶段两个阶段的备份星需求数量分析策略，从单星及星座基本可靠度出发，对比分析不同备份星的数量下，星座系统在运行阶段有无补网备份星之后的典型性能变化趋势以及星座系统不同业务下的弹性恢复趋势，初步给出组网及星座运行阶段的在轨备份策略需求。备份卫星的启用策略，即什么样的情况启用备份卫星。星座系统在轨任务过程中有的卫星发生故障或性能降级，依然可以工作，可能暂时无需替换。因此启用备份卫星条件，需要将星座系统不同业务下弹性分析相关的恢复时间和恢复趋势作优化目标。
计算机设备在确定弹性参数度量参数的值之后，判断所述弹性参数度量参数的值是否满足预设阈值，若不满足，则调整所述弹性策略，直到所述弹性参数度量参数的值满足预设阈值为止。
为了便于理解上述通信卫星星座系统弹性性能的评估方法的过程，下面以某业务的通信容量为例对通信卫星星座系统弹性性能的评估方法进行简要介绍。首先我们建立星座系统的网络流量模型，接着选定通信卫星平台/链路的扰动策略(即卫星平台/链路受攻击的先后顺序)，最后给出星座系统和卫星平台/链路的仿真和评估流程。
1.网络流量模型的建立：
星座系统的信息传输量，被称为星座系统容量或星座系统吞吐量，是衡量星座系统传输能力的重要指标。衡量星座系统传输量的模型就是流量模型(traffic model)，这里引入复杂网络研究中最常用的流量模型，并将其应用在给定的星座系统的网络拓扑中，考虑星座系统网络流量的动态性开展弹性规律研究。
在这个基本模型中，假设网络流量为星座系统各项业务传输的信息，且星座系统中所有的卫星节点都同时具备产生、转发数据的能力。整个动态流量模型是一个迭代过程，描述如下：
步骤一：整个星座系统中每个时间步长内以给定速率V产生数据(每单位时间产生V个数据)；
步骤二：随机选取产生V个数据的源卫星节点与要被发送到的目的卫星节点。
步骤三：设置每个卫星节点都有相应的数据转发率C，即每个节点时间步长内可转发的最大数据数量为C。为仿真简单起见，可令节点转发率C为固定常数。
步骤四：路由选择，每个数据按照一定的路由策略从一个节点转发到下一跳节点，如果下一跳不是目的节点，并且此节点中已经存在一些要转发到各自目的节点的数据，则到达的数据将被放置在队列末，数据到达每个节点队列上都采用先进先出(first-in-first-out)的规则，并且每个节点缓存队列为无限大。如果数据到达目的节点，则立即从网络中删除。
其中，路由策略主要是为数据的传输寻找合适的路径，通常采用实际网络中被广泛使用的最短路径策略转发数据，当然还有一些基于节点度的优先概率局部路由策略也可用于数据转发，如随机游走(random walk)、一阶邻域搜索(first-order neighborhoodsearch)等。
2.通信卫星平台/链路的扰动策略
星座系统弹性度量的是通信卫星的平台/链路受到扰动后导致星座系统关键性能的变化情况。因此，为了度量星座系统在不同扰动策略下卫星平台/链路及星座系统的弹性，本节定义以下三种蓄意扰动策略，分别是：
(1)基于度的扰动(Degree based disturbance-DBD)：确定星座系统的网络拓扑中所有节点度值，按照度从大到小的顺序干扰星座系统中的卫星平台/链路，从而使受干扰的卫星平台/链路和整个星座系统的性能下降；
(2)基于介数的扰动(Betweenness based disturbance-BBD)：类似于DBD，先确定星座系统中的所有卫星平台/链路的介数值，按照介数从大到小的顺序干扰星座系统中的卫星节点，从而使受干扰卫星平台/链路和整个星座系统的性能下降；
(3)基于负载的扰动(Traffic based disturbance-TBD)：这里负载为卫星节点的排队序列上待转发的数据量，这里卫星节点负载大小是根据星座系统正常运行情况下，所有时间步长内节点数据量的平均值来确定。按照负载从大到小的顺序干扰星座系统中的卫星节点，从而使受干扰的卫星平台/链路和整个星座系统的性能下降。
3.星座系统的弹性仿真评估
为了便于仿真，这里假设星座系统中所有节点具有同样的初始状态和降级状态，每个节点初始转发率Ci(i＝1，2，3…N)为相同固定值，其中，N为通信节点数；
Figure BDA0002470064160000151
其中，M为转发率降级状态的数量。基于负载扰动的星座系统弹性仿真计算步骤具体如下：
(1)初始化：初始设置星座系统的网络规模，即通信卫星节点数为N，仿真开始时刻t0，干扰开始时刻t0，恢复开始时刻tr，满足用户需求的恢复时间Ta，扰动强度A/(被干扰节点数N＊占网络总节点数N的比例，A/＝N＊/N)；
(2)创建星座系统的网络拓扑时变图：根据星座系统的设计方案，通信卫星节点数目和具有星间链路相互连接的拓扑结构，以及在南北极附近地区的通信机制，星座系统网络的拓扑是周期内动态变化的。仿真过程中，每次仿真都新创建一个星座系统网络拓扑图用于弹性度量计算；
(3)流量建模：对于不同的星座系统拓扑结构，按照不同的初始数据包生成速率(不超过各自的星座系统通信容量RC，以保证通信卫星的星座系统在正常情况下处于通畅状态)及相同的卫星节点转发率(C＝4)建立流量模型，在已创建的星座系统网络拓扑上生成负载，始终保持星座系统的通信畅通；
(4)正常状态下负载度量：以时间步长Δt统计从仿真开始时刻t0到Ta这段时间内任一卫星节点与星座系统的负载Wi(t)和Wn(t)，并将它们作为正常情况下卫星节点和星座系统的系统参数输出；
(5)干扰网络节点：在扰动开始时刻，按照对应的扰动策略对星座系统的卫星节点进行干扰，降低被扰动卫星节点的转发率，并以时间步长Δt统计卫星节点及星座系统的负载，直到性能恢复时刻tr；
(6)恢复被扰动的卫星节点：这里认为采取恢复行为后通信卫星节点立即恢复到初始转发率，并以时间步长Δt统计卫星节点及星座系统的负载，直至到达满足恢复需求时间Ta；
(7)弹性指标计算：采用仿真方式对复杂网络进行弹性评估，所以采用弹性离散面积求和公式：
Figure BDA0002470064160000161
其中，RD表示弹性参数度量参数；s表示从t0到t0+Ta这段时间内采样的次数；k表示第k次采样；
Figure BDA0002470064160000162
因此，通信卫星节点弹性度量中，我们选取的系统参数为节点当前负载Wi(t)；星座系统弹性度量中，系统参数为所有节点当前负载之和Wn(t)，其中，
Figure BDA0002470064160000163
由于负载为望小型参数，因此其归一化采用倒数法，即：
Qi(t)＝1/Wi(t)
Qn(t)＝1/Wn(t)
(8)通过多次仿真，获得弹性参数度量参数的均值。具体的，通过如下公式计算弹性参数度量参数的均值：
Figure BDA0002470064160000164
其中，L表示第L次仿真的次数；M表示仿真的总次数；Rd表示弹性参数度量参数的均值；RD，L，表示第L次仿真弹性参数度量参数的值。
若Rd达到预设值就结束循环，计否则返回步骤(2)，直到满足仿真需求。
本申请实施例所提供的方案中，计算机设备根据输入的业务信息建立星座系统模型，控制所述星座系统模型运行得到第一系统参数；根据所述业务信息在所述星座系统模型中注入扰动故障模型，并控制所述扰动故障模型运行，得到故障或扰动时的第二系统参数；根据所述第一系统性能参数以及所述第二系统性能参数确定星座系统的弹性度量参数的值，并根据所述弹性度量参数的值进行弹性性能评估。因此，本申请实施例所提供的方案，通过建立星座系统模型仿真得到正常运行情况下的第一系统参数，以及在星座系统模型中注入扰动故障模型，通过运行扰动故障模型仿真得到扰动或故障情况下第二系统参数，根据第一系统参数和第二系统参数确定弹性度量参数的值，进而填补了对通信卫星星座系统弹性性能进行分析评估的空白。
基于与图1所述的方法相同的发明构思，本申请提供了一种通信卫星星座系统弹性性能的评估装置，参见图3，该装置包括：
建模单元301，用于根据输入的业务信息建立星座系统模型，控制所述星座系统模型运行得到第一系统参数；
控制单元302，用于根据所述业务信息在所述星座系统模型中注入扰动故障模型，并控制所述扰动故障模型运行，得到故障或扰动时的第二系统参数；
确定单元303，用于根据所述第一系统性能参数以及所述第二系统性能参数确定星座系统的弹性度量参数的值，并根据所述弹性度量参数的值进行弹性性能评估。
可选地，所述建模单元301，具体用于
根据所述业务信息确定业务类型，根据业务类型与通信链路之间预设的映射关系确定出所述业务类型对应的通信链路拓扑信息；
根据所述通信链路拓扑信息建立所述星座系统模型。
可选地，所述业务类型包括：L频段用户链路移动业务、VIP波束业务、航空监视业务或导航增强业务。
可选地，所述确定单元303，具体用于：
将所述第一系统参数以及所述第二系统参数进行归一化处理，得到归一化后的第一系统参数以及归一化后的第二系统参数；
根据所述第二系统参数确定发生扰动或故障的时间点，根据所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值。
可选地，所述第一系统参数或第二系统参数包括：望大型参数以及望小型参数，其中，所述望大型参数是指参数值越大通信卫星星座系统弹性性能越好，所述望小型参数是指参数值越小通信卫星星座系统弹性性能越好。
可选地，所述确定单元303，具体用于：
若所述第一系统参数或所述第二系统参数为所述望大型参数，则将当前所述第一系统参数或所述第二系统参数的值除以其取值的最大值，得到所述归一化后的第一系统参数或所述归一化后的第二系统参数；或
若所述第一系统参数或所述第二系统参数为所述望小型参数，则将其取值的最小值除以当前所述第一系统参数或所述第二系统参数的值，得到所述归一化后的第一系统参数或所述归一化后的第二系统参数。
可选地，所述确定单元303，具体用于：
根据所述归一化后的第一系统参数确定所述星座系统的弹性类型，其中，所述弹性类型包括确定型弹性以及非确定型弹性；
根据所述弹性类型、所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值。
可选地，若所述弹性类型为确定型弹性，所述确定单元303，具体用于：
根据如下公式计算所述弹性度量参数的值：
Figure BDA0002470064160000181
其中，Rd表示弹性度量参数；Q(t)表示归一化后的第二系统参数值；Q0(t)表示归一化后的第一系统参数值；t0表示故障时间点；Ta表示预设的故障恢复时长。
可选地，若所述弹性类型为非确定型弹性，所述确定单元303，具体用于：
根据如下公式计算所述弹性度量参数的值：
Figure BDA0002470064160000182
其中，R表示弹性度量参数；Q(t)表示归一化后的第二系统参数值；t0表示故障时间点；Ta表示预设的故障恢复时长。
参见图4，本申请提供一种计算机设备，该计算机设备，包括：
存储器，用于存储至少一个处理器所执行的指令；
处理器，用于执行存储器中存储的指令执行图1所述的方法。
本申请提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，当所述计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行图1的方法。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种通信卫星星座系统弹性性能的评估方法，其特征在于，包括：
根据输入的业务信息建立星座系统模型，控制所述星座系统模型运行得到第一系统参数；
根据所述业务信息在所述星座系统模型中注入扰动故障模型，并控制所述扰动故障模型运行，得到故障或扰动时的第二系统参数；
根据所述第一系统性能参数以及所述第二系统性能参数确定星座系统的弹性度量参数的值，并根据所述弹性度量参数的值进行弹性性能评估。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据输入的业务信息建立星座系统模型，包括：
根据所述业务信息确定业务类型，根据业务类型与通信链路之间预设的映射关系确定出所述业务类型对应的通信链路拓扑信息；
根据所述通信链路拓扑信息建立所述星座系统模型。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述业务类型包括：L频段用户链路移动业务、VIP波束业务、航空监视业务或导航增强业务。
4.如权利要求1～3任一项所述的方法，其特征在于，根据所述第一系统参数以及所述第二系统参数确定星座系统的弹性度量参数的值，包括：
将所述第一系统参数以及所述第二系统参数进行归一化处理，得到归一化后的第一系统参数以及归一化后的第二系统参数；
根据所述第二系统参数确定发生扰动或故障的时间点，根据所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一系统参数或第二系统参数包括：望大型参数以及望小型参数，其中，所述望大型参数是指参数值越大通信卫星星座系统弹性性能越好，所述望小型参数是指参数值越小通信卫星星座系统弹性性能越好。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，将所述第一系统参数以及所述第二系统参数进行归一化处理，得到归一化后的第一系统参数以及归一化后的第二系统参数，包括：
若所述第一系统参数或所述第二系统参数为所述望大型参数，则将当前所述第一系统参数或所述第二系统参数的值除以其取值的最大值，得到所述归一化后的第一系统参数或所述归一化后的第二系统参数；或
若所述第一系统参数或所述第二系统参数为所述望小型参数，则将其取值的最小值除以当前所述第一系统参数或所述第二系统参数的值，得到所述归一化后的第一系统参数或所述归一化后的第二系统参数。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值，包括：
根据所述归一化后的第一系统参数确定所述星座系统的弹性类型，其中，所述弹性类型包括确定型弹性以及非确定型弹性；
根据所述弹性类型、所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，若所述弹性类型为确定型弹性，根据所述弹性类型、所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值，包括：
根据如下公式计算所述弹性度量参数的值：
Figure FDA0002470064150000021
其中，Rd表示弹性度量参数；Q(t)表示归一化后的第二系统参数值；Q0(t)表示归一化后的第一系统参数值；t0表示故障时间点；Ta表示预设的故障恢复时长。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，若所述弹性类型为非确定型弹性，根据所述弹性类型、所述故障时间点、所述归一化后的第一系统参数所述归一化后的第一系统参数、所述归一化后的第二系统参数以及预设的故障恢复时长计算所述弹性度量参数的值，包括：
根据如下公式计算所述弹性度量参数的值：
Figure FDA0002470064150000031
其中，Rd表示弹性度量参数；Q(t)表示归一化后的第二系统参数值；t0表示故障时间点；Ta表示预设的故障恢复时长。
10.一种通信卫星星座系统弹性性能的评估装置，其特征在于，包括：
建模单元，用于根据输入的业务信息建立星座系统模型，控制所述星座系统模型运行得到第一系统参数；
控制单元，用于根据所述业务信息在所述星座系统模型中注入扰动故障模型，并控制所述扰动故障模型运行，得到故障或扰动时的第二系统参数；
确定单元，用于根据所述第一系统性能参数以及所述第二系统性能参数确定星座系统的弹性度量参数的值，并根据所述弹性度量参数的值进行弹性性能评估。
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