CN113163411A - 一种卫星网络聚类方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例提供的一种卫星网络聚类方法、装置、电子设备及存储介质，应用于信息技术领域，通过获取目标卫星网络的一个或多个聚类方案；根据各聚类方案的链路连接信息，计算各聚类方案对应的可靠性得分和开销；针对目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断目标卫星节点对应的各聚类方案是否满足预设限制条件；根据判断结果，利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益；根据聚类收益对目标卫星节点进行聚类。可以利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益，从而利用聚类方案对应的聚类收益选取收益最大的聚类方案并执行，提高卫星网络聚类收益和经济型。
Description
技术领域
本申请涉及信息技术领域，特别是涉及一种网络卫星聚类方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
目前，地面传感器或移动网络的聚类已经有着广泛的应用。通过对地面网络进行聚类，可以将地面网络划分为多个簇，簇头与在其通信范围内的簇成员属于同一个簇。簇成员与簇头之间的信息转发路径是单跳或多跳的，不需要经过中间转发节点，而距离较远的簇头需要借助簇成员节点将信息转发给较近的簇头。从而通过各簇头分担地面网络管理者的负担，降低网络管理的开销。
同时，卫星网络具有成百上千个节点、具有高动态性，和地面传感器、地面移动网络有相同的特点，将聚类应用于卫星网络，可以有效降低卫星网络的大规模和频繁变动特点给网络管控带来的巨大开销。
然而，当前在进行卫星网络的聚类时往往使用多层卫星架构，高轨位卫星做簇头，在其覆盖范围下的低轨位卫星做簇成员，这种仅依靠覆盖范围划分的聚类方法，聚类的开销往往较大，经济型较差，聚类结构的可靠性也较差。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种网络卫星聚类方法、装置、电子设备及存储介质，用以解决卫星网络聚类经济型差的问题。具体技术方案如下：
本申请实施例的第一方面，首先提供了一种卫星网络聚类方法，上述方法包括：
获取目标卫星网络的一个或多个聚类方案，其中，聚类方案包括卫星网络中卫星节点的链路连接信息，每一聚类方案将目标卫星网络中的卫星节点分为一个或多个簇；
根据各聚类方案的链路连接信息，计算各聚类方案对应的可靠性得分和开销；
针对目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断目标卫星节点对应的各聚类方案是否满足预设限制条件；
根据判断结果，利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益；
根据聚类收益对目标卫星节点进行聚类。
可选的，针对目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断目标卫星节点对应的各聚类方案是否满足预设限制条件，包括：
针对目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断目标卫星节点对应的各聚类方案中目标卫星节点所在的簇是否满足：簇的大小小于第一预设阈值，且簇内各个卫星节点均连通，且簇的直径小于第二预设阈值。
可选的，根据判断结果，利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益，包括：
针对各聚类方案，当判断结果为满足预设限制条件时，选取与目标卫星节点的距离小于预设第三预设阈值的卫星节点和目标卫星节点组成第一候选节点集合，其中，各聚类方案分别对应将第一候选节点集合加入与之相邻的各个簇中；
分别判断第一候选节点集合加入与之相邻的各个簇中之后，与之相邻的各个簇是否满足预设限制条件；
选取与之相邻的各个簇中满足预设限制条件的簇所对应的聚类方案作为第一聚类变换方案集，并利用各聚类变换方案对应的可靠性得分和开销计算第一聚类变换方案集中各方案的聚类收益；
根据聚类收益对目标卫星节点进行聚类，包括：
根据第一聚类变换方案集中各方案的聚类收益，选取聚类收益为正且数值最大的聚类收益所对应的聚类方案作为第一目标聚类变换方案；
执行第一目标聚类变换方案。
可选的，根据判断结果，利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益，包括：
针对各聚类方案，当判断结果为不满足预设限制条件时，选取与目标卫星节点的距离小于预设第三预设阈值的卫星节点和目标卫星节点组成第二候选节点集合，其中，各聚类方案包括将第二候选节点集合加入与之相邻的各个簇中和将第二候选节点集合作为单独的簇；
分别判断第二候选节点集合加入与之相邻的各个簇中之后，与之相邻的各个簇是否满足预设限制条件；
选取与之相邻的各个簇中满足预设限制条件的簇所对应的聚类方案和第二候选节点集合作为单独的簇的方案组成第二聚类变换方案集，并利用各聚类变换方案对应的可靠性得分和开销计算第二聚类变换方案集中各方案的聚类收益；
根据聚类收益对目标卫星节点进行聚类，包括：
根据第二聚类变换方案集中各方案的聚类收益，选取聚类收益为正且数值最大的聚类收益所对应的聚类方案作为第二目标聚类变换方案；
执行第二目标聚类变换方案。
可选的，链路连接信息包括各个簇中通信链路的数量、各个簇的边连通度、簇头和各簇成员的通信速率、簇头与簇成员之间的通信距离、各簇成员间的通信速率、各簇成员之间的通信距离、各簇头间的通信速率、各簇头之间的通信距离和链路突发失败的概率，根据各聚类方案的链路连接信息，计算各聚类方案对应的可靠性得分和开销，包括：
根据各聚类方案对应的各个簇中通信链路的数量、各个簇的边连通度和链路突发失败的概率，计算各聚类方案对应的可靠性得分；
根据各聚类方案对应的簇头和各簇成员的通信速率、簇头与簇成员之间的通信距离、各簇成员间的通信速率、各簇成员之间的通信距离、各簇头间的通信速率、各簇头之间的通信距离，计算各聚类方案对应的聚类信息更新的开销、聚类内部路由开销和聚类间路由开销；
计算各聚类方案对应的聚类信息更新的开销、聚类内部路由开销和聚类间路由开销之和，得到聚类方案对应的开销。
可选的，根据聚类收益对目标卫星节点进行聚类，包括：
获取目标卫星节点当前的状态信息；
当所述目标卫星节点处于空闲状态时，执行第一目标聚类变换方案或第二目标聚类变换方案。
可选的，上述方法还包括：
通过聚类后的卫星网络进行信息的接收和发送。
本申请实施例的第二方面还提供了一种卫星网络聚类装置，所述装置包括：
方案获取模块，用于获取目标卫星网络的一个或多个聚类方案，其中，所述聚类方案包括卫星网络中卫星节点的链路连接信息，每一所述聚类方案将所述目标卫星网络中的卫星节点分为一个或多个簇；
开销计算模块，用于根据各所述聚类方案的链路连接信息，计算各所述聚类方案对应的可靠性得分和开销；
限制条件判断模块，用于针对所述目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断所述目标卫星节点对应的各所述聚类方案是否满足预设限制条件；
聚类收益计算模块，用于根据判断结果，利用各所述聚类方案对应的可靠性得分和开销计算所述目标卫星节点对应的各所述聚类方案的聚类收益；
卫星聚类模块，用于根据所述聚类收益对所述目标卫星节点进行聚类。
可选的，限制条件判断模块，具体用于：针对目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断目标卫星节点对应的各聚类方案中目标卫星节点所在的簇是否满足：簇的大小小于第一预设阈值，且簇内各个卫星节点均连通，且簇的直径小于第二预设阈值。
可选的，聚类收益计算模块，包括：
第一候选节点集合选取子模块，用于针对各聚类方案，当判断结果为满足预设限制条件时，选取与目标卫星节点的距离小于预设第三预设阈值的卫星节点和目标卫星节点组成第一候选节点集合，其中，各聚类方案分别对应将第一候选节点集合加入与之相邻的各个簇中；
第一候选节点集合判断子模块，用于分别判断第一候选节点集合加入与之相邻的各个簇中之后，与之相邻的各个簇是否满足预设限制条件；
第一聚类收益计算子模块，用于选取与之相邻的各个簇中满足预设限制条件的簇所对应的聚类方案作为第一聚类变换方案集，并利用各聚类变换方案对应的可靠性得分和开销计算第一聚类变换方案集中各方案的聚类收益；
卫星聚类模块，包括：
第一目标聚类变换方案确定子模块，用于根据第一聚类变换方案集中各方案的聚类收益，选取聚类收益为正且数值最大的聚类收益所对应的聚类方案作为第一目标聚类变换方案；
第一目标聚类变换方案执行子模块，用于执行第一目标聚类变换方案。
可选的，聚类收益计算模块，包括：
第二候选节点集合选取子模块，用于针对各聚类方案，当判断结果为不满足预设限制条件时，选取与目标卫星节点的距离小于预设第三预设阈值的卫星节点和目标卫星节点组成第二候选节点集合，其中，各聚类方案包括将第二候选节点集合加入与之相邻的各个簇中和将第二候选节点集合作为单独的簇；
第二候选节点集合判断子模块，用于分别判断第二候选节点集合加入与之相邻的各个簇中之后，与之相邻的各个簇是否满足预设限制条件；
第二聚类收益计算子模块，用于选取与之相邻的各个簇中满足预设限制条件的簇所对应的聚类方案和第二候选节点集合作为单独的簇的方案组成第二聚类变换方案集，并利用各聚类变换方案对应的可靠性得分和开销计算第二聚类变换方案集中各方案的聚类收益；
卫星聚类模块，包括：
第二目标聚类变换方案确定子模块，用于根据第二聚类变换方案集中各方案的聚类收益，选取聚类收益为正且数值最大的聚类收益所对应的聚类方案作为第二目标聚类变换方案；
第二目标聚类变换方案执行子模块，用于执行第二目标聚类变换方案。
可选的，链路连接信息包括各个簇中通信链路的数量、各个簇的边连通度、簇头和各簇成员的通信速率、簇头与簇成员之间的通信距离、各簇成员间的通信速率、各簇成员之间的通信距离、各簇头间的通信速率、各簇头之间的通信距离和链路突发失败的概率，开销计算模块，包括：
可靠性得分计算子模块，用于根据各聚类方案对应的各个簇中通信链路的数量、各个簇的边连通度和链路突发失败的概率，计算各聚类方案对应的可靠性得分；
开销计算子模块，用于根据各聚类方案对应的簇头和各簇成员的通信速率、簇头与簇成员之间的通信距离、各簇成员间的通信速率、各簇成员之间的通信距离、各簇头间的通信速率、各簇头之间的通信距离，计算各聚类方案对应的聚类信息更新的开销、聚类内部路由开销和聚类间路由开销；
开销求和子模块，用于计算各聚类方案对应的聚类信息更新的开销、聚类内部路由开销和聚类间路由开销之和，得到聚类方案对应的开销。
可选的，卫星聚类模块，包括：
状态信息获取子模块，用于获取目标卫星节点当前的状态信息；
聚类方案执行子模块，用于当所述目标卫星节点处于空闲状态时，执行第一目标聚类变换方案或第二目标聚类变换方案。
可选的，上述装置还包括：
信息发送模块，用于通过聚类后的卫星网络进行信息的接收和发送。
本申请实施的另一方面，还提供了一种电子设备，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现上述任卫星网络聚类方法。
本申请实施的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质内存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述任一卫星网络聚类方法。
本申请实施的另一方面，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述任一卫星网络聚类方法。
本申请实施例有益效果：
本申请实施例提供的一种卫星网络聚类方法、装置、电子设备及存储介质，通过获取目标卫星网络的一个或多个聚类方案，其中，聚类方案包括卫星网络中卫星节点的链路连接信息，每一聚类方案将目标卫星网络中的卫星节点分为一个或多个簇；根据各聚类方案的链路连接信息，计算各聚类方案对应的可靠性得分和开销；针对目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断目标卫星节点对应的各聚类方案是否满足预设限制条件；根据判断结果，利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益；根据聚类收益对目标卫星节点进行聚类。可以利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益，从而利用聚类方案对应的聚类收益选取收益最大的聚类方案并执行，从而降低卫星网络聚类的开销，提高卫星网络聚类收益和经济型。
当然，实施本申请的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本申请实施例提供的卫星网络聚类方法的一种流程示意图；
图2为本申请实施例提供的卫星网络聚类方法的一种实例图；
图3为本申请实施例提供的计算可靠性得分和开销的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的计算各聚类方案的聚类收益的一种流程示意图；
图5为本申请实施例提供的卫星网络聚类方法的又一种实例图；
图6为本申请实施例提供的计算各聚类方案的聚类收益的另一种流程示意图；
图7为本申请实施例提供的卫星网络聚类方法的另一种实例图；
图8为本申请实施例提供的卫星网络聚类装置的一种结构示意图；
图9为本申请实施例提供的电子设备的一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请实施例的第一方面，首先提供了一种卫星网络聚类方法，包括：
获取目标卫星网络的一个或多个聚类方案，其中，聚类方案包括卫星网络中卫星节点的链路连接信息，每一聚类方案将目标卫星网络中的卫星节点分为一个或多个簇；
根据各聚类方案的链路连接信息，计算各聚类方案对应的可靠性得分和开销；
针对目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断目标卫星节点对应的各聚类方案是否满足预设限制条件；
根据判断结果，利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益；
根据聚类收益对目标卫星节点进行聚类。
可见，通过本申请实施例的方法，可以利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益，从而利用聚类方案对应的聚类收益选取收益最大的聚类方案并执行，从而降低卫星网络聚类的开销，提高卫星网络聚类收益和经济型。
具体的，参见图1，图1为本申请实施例提供的卫星网络聚类方法的一种流程示意图，包括：
步骤S11，获取目标卫星网络的一个或多个聚类方案。
其中，聚类方案包括卫星网络中卫星节点的链路连接信息，每一聚类方案将目标卫星网络中的卫星节点分为一个或多个簇。
本申请实施例中的卫星网络可以是低轨小卫星组成的卫星网络。本申请实施例的卫星网络聚类方法应用于对卫星网络进行管理的装置，具体的，该装置可以是电脑或服务器等。
步骤S12，根据各聚类方案的链路连接信息，计算各聚类方案对应的可靠性得分和开销。
其中，上述链路连接信息可以包括将卫星网络划分为簇后，各个簇的簇头和簇成员，以及各个簇中通信链路的数量、各个簇的边连通度、簇头和各簇成员的通信速率、簇头与簇成员之间的通信距离、各簇成员间的通信速率、各簇成员之间的通信距离、各簇头间的通信速率、各簇头之间的通信距离和链路突发失败的概率等。
其中，计算各聚类方案对应的可靠性得分可以根据各个簇的边连通度进行计算。各个簇的边连通度λ越大，聚类内部的连通性越强，当顶点数保持不变时，聚类的边数和顶点平均度增加，节点对间可能存在更多的冗余链路，对拓扑规律变化导致链路通断，从而造成节点失联情况的抵抗能力更强，可靠性更高。
其中计算各聚类方案对应的开销，可以通过分别计算聚类更新开销ψu，聚类内部路由开销ψintra，以及聚类间路由开销ψinter，计算得到总开销。聚类更新开销ψu为聚类过程中簇头与簇成员发送更新数据包的开销，聚类内部路由开销ψintra为聚类过程中簇成员与簇成员发送更新数据包的开销，聚类间路由开销ψinter为聚类过程中簇头与簇头发送更新数据包的开销。
步骤S13，针对目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断目标卫星节点对应的各聚类方案是否满足预设限制条件。
针对目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断目标卫星节点对应的各聚类方案是否满足预设限制条件，包括：针对所述目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断所述目标卫星节点对应的各所述聚类方案中所述目标卫星节点所在的簇是否满足：簇的大小小于第一预设阈值，且簇内各个卫星节点均连通，且簇的直径小于第二预设阈值。
通过判断目标卫星节点对应的各聚类方案是否满足预设限制条件，可以判断目标卫星节点是否要进行聚类变换，以及通过何种聚类方法进行聚类。具体的聚类方案可以参见后续实施例。
步骤S14，根据判断结果，利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益。
其中，利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益，可以通过预设系数，对各聚类方案对应的可靠性得分和开销进行加权求和，得到目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益。
步骤S15，根据聚类收益对目标卫星节点进行聚类。
根据聚类收益对目标卫星节点进行聚类，包括：获取目标卫星节点当前的状态信息；当所述目标卫星节点处于空闲状态时，执行第一目标聚类变换方案或第二目标聚类变换方案。
例如，可以参见图2，对于一个卫星节点，节点只有空闲和繁忙两种状态。空闲状态下，节点不参与任何聚类改变过程，而是始终在收集来自相邻簇成员节点和簇头的信息，如聚类成员、聚类拓扑、网络中聚类总数等。空闲状态的持续时间为Ti，符合均匀分布。节点将在以下两种情况下由空闲状态转移到繁忙状态：1)Ti结束，节点查看其聚类是否满足限制条件，若满足，则执行算法P1；若不满足，则执行算法P2，P1和P2为不同的聚类方法，具体可以参见后续实施例；2)由其它节点发起的聚类改变过程涉及此节点的变动。繁忙状态下，节点参与聚类改变过程，这个过程可以由节点自身发起，或是由其它节点发起。繁忙状态的持续时间Tb由交换操作的决策和执行时长决定，具体的，可以是由确定最佳交换目标和信令交互时长来确定。Tb结束后，节点转移到空闲状态，其中，Tb1和Tb2分别表示执行P1和P2算法时繁忙状态的持续时间。在状态机模型中需要注意的是，若即将执行的聚类改变过程涉及到正处在繁忙状态的节点，则此聚类改变过程将不被执行。
上述方法还包括：通过聚类后的卫星网络进行信息的接收和发送。
可见，通过本申请实施例的方法，可以利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益，从而利用聚类方案对应的聚类收益选取收益最大的聚类方案并执行，从而降低卫星网络聚类的开销，提高卫星网络聚类收益和经济型。
可选的，参见图3，链路连接信息包括各个簇中通信链路的数量、各个簇的边连通度、簇头和各簇成员的通信速率、簇头与簇成员之间的通信距离、各簇成员间的通信速率、各簇成员之间的通信距离、各簇头间的通信速率、各簇头之间的通信距离和链路突发失败的概率，步骤S12根据各聚类方案的链路连接信息，计算各聚类方案对应的可靠性得分和开销，包括：
步骤S121，根据各聚类方案对应的各个簇中通信链路的数量、各个簇的边连通度和链路突发失败的概率，计算各聚类方案对应的可靠性得分。
具体的，聚类Ci的可靠性
可以通过公式：
其中，Ni为含有i条边的边割集数量，λ为
的边连通度。e＝|εi|表示
中的边的数量，链路突发失败的概率为p。
当p接近0的时候，可以将
近似地表示为：
由(2)可以看出，λ越大，即边连通度越大，聚类内部的连通性越强。当图中的顶点数保持不变时，聚类的边数和顶点平均度增加，节点对间可能存在更多的冗余链路，对拓扑规律变化导致链路通断，从而造成节点失联情况的抵抗能力更强。此外，λ越大，聚类拓扑不连通的概率(pλ)越小，聚类的鲁棒性提高。
步骤S122，根据各聚类方案对应的簇头和各簇成员的通信速率、簇头与簇成员之间的通信距离、各簇成员间的通信速率、各簇成员之间的通信距离、各簇头间的通信速率、各簇头之间的通信距离，计算各聚类方案对应的聚类信息更新的开销、聚类内部路由开销和聚类间路由开销。
步骤S123，计算各聚类方案对应的聚类信息更新的开销、聚类内部路由开销和聚类间路由开销之和，得到聚类方案对应的开销。
聚类方案对应的开销可以由三部分构成：聚类更新开销ψu，聚类内部路由开销ψintra，以及聚类间路由开销ψinter，因此，聚类方案对应的开销
表示为：
在路由周期的开始时刻，每个簇头向其簇成员发送CH-HELLO消息，簇成员在收到簇头的CH-HELLO消息后，向簇头回复CM-HELLO，此过程使簇头和簇成员相互确认。假设簇头发送CH-HELLO消息的数量为NCM，每个距离簇头k跳的簇成员需要发送k个数据包来传递CM-HELLO消息，则聚类信息更新的开销为：
其中，δu表示每个簇头发送CH-HELLO消息的速率(单位是数据包/秒)，与路由协议相关的op∈(0,1]，kmax表示簇头和簇成员间的最长的最短路径跳数。
聚类信息更新后，每个簇成员需要将其本地节点信息发送给同聚类中的其它簇成员，以保证聚类内的任意簇成员间都有路由。假设每个簇成员需要发送NCM个数据包，则在一个路由周期中，平均每个聚类共传输
个数据包。因此，聚类内部路由开销为：
其中，δintra为本地节点信息发送速率(单位是数据包/秒)，由网络动态特性和业务类别决定。
聚类信息更新后，每个簇头向其它簇头广播本聚类拓扑信息，此过程是确保每个簇头都得知聚类间的路由信息。一个簇头最多需要发送给相邻簇头
个数据包，因此，聚类间路由开销为：
此处的δinter表示簇头间拓扑信息交换的速率。
由于路由策略与业务种类有关，卫星星座的设计确定了节点分布情况，因此当只关注聚类结构给聚类网络管理开销带来的影响时，网络管理开销可具体表示为：
可选的，参见图4，步骤S14根据判断结果，利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益，本申请实施例的方案可以对应前述的P1的方案，包括：
步骤S141，针对各聚类方案，当判断结果为满足预设限制条件时，选取与目标卫星节点的距离小于预设第三预设阈值的卫星节点和目标卫星节点组成第一候选节点集合。
其中，各聚类方案分别对应将第一候选节点集合加入与之相邻的各个簇中。
步骤S142，分别判断第一候选节点集合加入与之相邻的各个簇中之后，与之相邻的各个簇是否满足预设限制条件；
步骤S143，选取与之相邻的各个簇中满足预设限制条件的簇所对应的聚类方案作为第一聚类变换方案集，并利用各聚类变换方案对应的可靠性得分和开销计算第一聚类变换方案集中各方案的聚类收益；
利用第一候选聚类变换方案对应的可靠性得分和开销计算各第一候选聚类变换方案的聚类收益，可以通过公式：
进行计算，其中，
为第一候选节点集合离开原来聚类Ck加入聚类
的聚类变换收益，
为第一候选节点集合离开原来聚类Ck后，聚类Ck的可靠性得分与开销加权和，
为第一候选节点集合加入聚类
后，聚类
的可靠性得分与开销加权和，v(Ck)为原来聚类Ck的的可靠性得分与开销加权和，
为目标聚类
的可靠性得分与开销加权和。
在实际使用过程中，若与之相邻的各个簇均不满足预设限制条件，则不进行聚类操作。
步骤S15根据聚类收益对目标卫星节点进行聚类，包括：
步骤S151，根据第一聚类变换方案集中各方案的聚类收益，选取聚类收益为正且数值最大的聚类收益所对应的聚类方案作为第一目标聚类变换方案；
在实际使用过程中，根据第一聚类变换方案集中各方案的聚类收益，选取聚类收益为正且数值最大的聚类收益所对应的聚类方案作为第一目标聚类变换方案时，若存在多个方案聚类收益为正，则可以根据各方案的优先级确定第一目标聚类变换方案，将优先级最高的确定为第一目标聚类变换方案。
其中，方案
和
的优先关系定义为：
其中，
和
分别表示第一候选节点集合离开原来聚类Ck加入不同的聚类
的聚类变换方案的优先级，
和
分别表示第一候选节点集合离开原来聚类Ck加入不同的聚类
的聚类变换收益。
步骤S152，执行第一目标聚类变换方案。
具体的，可以参见图5，图5为本申请实施例提供的卫星网络聚类方法的又一种实例图，包括：
1、初始化，设置第一候选节点集合为空集、第一候选聚类变换方案集合为空集、节点i要加入的目标聚类暂时为空集；
2、选取与目标卫星节点的距离小于预设第三预设阈值的卫星节点和目标卫星节点组成第一候选节点集合；
3、判断所述第一候选节点集合加入相邻簇后，相邻簇是否满足所述所述预设限制条件；
4、满足限制条件的各相邻簇分别对应各聚类变换方案，聚类变换方案具体指候选节点集合离开原来簇加入相邻簇，各所述聚类变换方案组成第一候选聚类变换方案集合；
5、若第一候选聚类变换方案集合不为空集，则利用各第一候选聚类变换方案对应的可靠性得分和开销计算各第一候选聚类变换方案的聚类收益，根据各第一候选聚类变换方案的聚类收益，选取聚类收益为正且数值最大的聚类收益所对应的聚类方案作为第一目标聚类变换方案；若第一候选聚类变换方案集合为空集，则放弃执行聚类变换；该步骤对应图5中的“检查S是否为空”与“寻找最佳交换操作”；
6、判断第一目标聚类变换方案中目标聚类节点是否处于空闲状态，若满足，则执行第一目标聚类变换方案，否则，放弃执行第一目标聚类变换方案；该步骤对应图5中的“检查相关节点是否处于空闲状态”+“执行
”矩形+“放弃交换操作”矩形；
可选的，参见图6，步骤S14根据判断结果，利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益，本申请实施例的方案可以对应前述的P2的方案，包括：
步骤S144，针对各聚类方案，当判断结果为不满足预设限制条件时，选取与目标卫星节点的距离小于预设第三预设阈值的卫星节点和目标卫星节点组成第二候选节点集合。
其中，各聚类方案包括将第二候选节点集合加入与之相邻的各个簇中和将第二候选节点集合作为单独的簇。
步骤S145，分别判断第二候选节点集合加入与之相邻的各个簇中之后，与之相邻的各个簇是否满足预设限制条件；
步骤S146，选取与之相邻的各个簇中满足预设限制条件的簇所对应的聚类方案和第二候选节点集合作为单独的簇的方案组成第二聚类变换方案集，并利用各聚类变换方案对应的可靠性得分和开销计算第二聚类变换方案集中各方案的聚类收益；
具体的，利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算各第二候选聚类变换方案的聚类收益，和第二候选节点集合作为单独的簇的聚类收益，可以通过公式：
进行计算，其中，
为第二候选节点集合离开原来聚类Ck加入聚类
的聚类变换收益，
为第二候选节点集合加入聚类
后聚类
的可靠性得分与开销加权和，
为目标聚类
的可靠性得分与开销加权和。
步骤S15根据聚类收益对目标卫星节点进行聚类，包括：
步骤S153，根据第二聚类变换方案集中各方案的聚类收益，选取聚类收益为正且数值最大的聚类收益所对应的聚类方案作为第二目标聚类变换方案；
在实际使用过程中，由于第二候选节点集合作为单独的簇的方案的聚类收益一般为正，因此，当根据第二聚类变换方案集中各方案的聚类收益，选取聚类收益为正且数值最大的聚类收益所对应的聚类方案作为第二目标聚类变换方案时，若第二候选节点集合加入与之相邻的各个簇中之后，与之相邻的各个簇是不满足预设限制条件，可以实施第二候选节点集合作为单独的簇的方案。
步骤S154，执行第二目标聚类变换方案。
具体的，可以参见图7，图7为本申请实施例提供的卫星网络聚类方法的另一种实例图，包括：
1、初始化，设置第二候选节点集合为空集、第二候选聚类变换方案集合为空集、节点i要加入的目标聚类暂时为空集；
2、选取与目标卫星节点的距离小于预设第三预设阈值的卫星节点和目标卫星节点组成第二候选节点集合；
3、加入第二候选节点集合单独成为一个聚类的聚类交换方案到第二候选聚类变换方案集合中；
4、判断所述第二候选节点集合加入相邻簇后，相邻簇是否满足所述所述预设限制条件；
5、满足限制条件的各相邻簇分别对应各聚类变换方案，聚类变换方案具体指候选节点集合离开原来簇加入相邻簇，各所述聚类变换方案组成第二候选聚类变换方案集合；
6、若第二候选聚类变换方案集合不只包含第二候选节点集合单独成为一个聚类的聚类交换方案，则利用各第二候选聚类变换方案对应的可靠性得分和开销计算各第二候选聚类变换方案的聚类收益，根据各第二候选聚类变换方案的聚类收益，选取聚类收益为正且数值最大的聚类收益所对应的聚类方案作为第二目标聚类变换方案；若第二候选聚类变换方案集合只包含第二候选节点集合单独成为一个聚类的聚类交换方案，则执行此聚类方案；该步骤对应图7中的“检查S是否只有
”和“寻找最佳交换操作”；
7、判断第二目标聚类方案中目标聚类节点是否处于空闲状态，若满足，则执行第二目标聚类变换方案，否则，执行第二候选节点集合单独成为一个聚类的聚类交换方案；该步骤对应图7中的“检查相关节点是否处于空闲状态”、
矩形和“执行
”矩形。
本申请实施例的另一方面，还提供了一种卫星网络聚类装置，参见图8，图8为本申请实施例提供的卫星网络聚类装置的一种结构示意图，包括：
方案获取模块801，用于获取目标卫星网络的一个或多个聚类方案，其中，所述聚类方案包括卫星网络中卫星节点的链路连接信息，每一所述聚类方案将所述目标卫星网络中的卫星节点分为一个或多个簇；
开销计算模块802，用于根据各所述聚类方案的链路连接信息，计算各所述聚类方案对应的可靠性得分和开销；
限制条件判断模块803，用于针对所述目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断所述目标卫星节点对应的各所述聚类方案是否满足预设限制条件；
聚类收益计算模块804，用于根据判断结果，利用各所述聚类方案对应的可靠性得分和开销计算所述目标卫星节点对应的各所述聚类方案的聚类收益；
卫星聚类模块805，用于根据所述聚类收益对所述目标卫星节点进行聚类。
可选的，限制条件判断模块803，具体用于：针对目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断目标卫星节点对应的各聚类方案中目标卫星节点所在的簇是否满足：簇的大小小于第一预设阈值，且簇内各个卫星节点均连通，且簇的直径小于第二预设阈值。
可选的，聚类收益计算模块804，包括：
第一候选节点集合选取子模块，用于针对各聚类方案，当判断结果为满足预设限制条件时，选取与目标卫星节点的距离小于预设第三预设阈值的卫星节点和目标卫星节点组成第一候选节点集合，其中，各聚类方案分别对应将第一候选节点集合加入与之相邻的各个簇中；
第一候选节点集合判断子模块，用于分别判断第一候选节点集合加入与之相邻的各个簇中之后，与之相邻的各个簇是否满足预设限制条件；
第一聚类收益计算子模块，用于选取与之相邻的各个簇中满足预设限制条件的簇所对应的聚类方案作为第一聚类变换方案集，并利用各聚类变换方案对应的可靠性得分和开销计算第一聚类变换方案集中各方案的聚类收益；
卫星聚类模块805，包括：
第一目标聚类变换方案确定子模块，用于根据第一聚类变换方案集中各方案的聚类收益，选取聚类收益为正且数值最大的聚类收益所对应的聚类方案作为第一目标聚类变换方案；
第一目标聚类变换方案执行子模块，用于执行第一目标聚类变换方案。
可选的，聚类收益计算模块804，包括：
第二候选节点集合选取子模块，用于针对各聚类方案，当判断结果为不满足预设限制条件时，选取与目标卫星节点的距离小于预设第三预设阈值的卫星节点和目标卫星节点组成第二候选节点集合，其中，各聚类方案包括将第二候选节点集合加入与之相邻的各个簇中和将第二候选节点集合作为单独的簇；
第二候选节点集合判断子模块，用于分别判断第二候选节点集合加入与之相邻的各个簇中之后，与之相邻的各个簇是否满足预设限制条件；
第二聚类收益计算子模块，用于选取与之相邻的各个簇中满足预设限制条件的簇所对应的聚类方案和第二候选节点集合作为单独的簇的方案组成第二聚类变换方案集，并利用各聚类变换方案对应的可靠性得分和开销计算第二聚类变换方案集中各方案的聚类收益；
卫星聚类模块805，包括：
第二目标聚类变换方案确定子模块，用于根据第二聚类变换方案集中各方案的聚类收益，选取聚类收益为正且数值最大的聚类收益所对应的聚类方案作为第二目标聚类变换方案；
第二目标聚类变换方案执行子模块，用于执行第二目标聚类变换方案。
可选的，链路连接信息包括各个簇中通信链路的数量、各个簇的边连通度、簇头和各簇成员的通信速率、簇头与簇成员之间的通信距离、各簇成员间的通信速率、各簇成员之间的通信距离、各簇头间的通信速率、各簇头之间的通信距离和链路突发失败的概率，开销计算模块802，包括：
可靠性得分计算子模块，用于根据各聚类方案对应的各个簇中通信链路的数量、各个簇的边连通度和链路突发失败的概率，计算各聚类方案对应的可靠性得分；
开销计算子模块，用于根据各聚类方案对应的簇头和各簇成员的通信速率、簇头与簇成员之间的通信距离、各簇成员间的通信速率、各簇成员之间的通信距离、各簇头间的通信速率、各簇头之间的通信距离，计算各聚类方案对应的聚类信息更新的开销、聚类内部路由开销和聚类间路由开销；
开销求和子模块，用于计算各聚类方案对应的聚类信息更新的开销、聚类内部路由开销和聚类间路由开销之和，得到聚类方案对应的开销。
可选的，卫星聚类模块805，包括：
状态信息获取子模块，用于获取目标卫星节点当前的状态信息；
聚类方案执行子模块，用于当所述目标卫星节点处于空闲状态时，执行第一目标聚类变换方案或第二目标聚类变换方案。
可选的，上述装置还包括：
信息发送模块，用于通过聚类后的卫星网络进行信息的接收和发送。
可见，通过本申请实施例的装置，可以利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益，从而利用聚类方案对应的聚类收益选取收益最大的聚类方案并执行，从而降低卫星网络聚类的开销，提高卫星网络聚类收益和经济型。
本申请实施例还提供了一种电子设备，如图9所示，包括处理器901、通信接口902、存储器903和通信总线904，其中，处理器901，通信接口902，存储器903通过通信总线904完成相互间的通信，
存储器903，用于存放计算机程序；
处理器901，用于执行存储器903上所存放的程序时，实现如下步骤：
获取目标卫星网络的一个或多个聚类方案，其中，聚类方案包括卫星网络中卫星节点的链路连接信息，每一聚类方案将目标卫星网络中的卫星节点分为一个或多个簇；
根据各聚类方案的链路连接信息，计算各聚类方案对应的可靠性得分和开销；
针对目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断目标卫星节点对应的各聚类方案是否满足预设限制条件；
根据判断结果，利用各聚类方案对应的可靠性得分和开销计算目标卫星节点对应的各聚类方案的聚类收益；
根据聚类收益对目标卫星节点进行聚类。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，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。
在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一卫星网络聚类方法的步骤。
在本申请提供的又一实施例中，还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例中任一卫星网络聚类方法。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘Solid State Disk(SSD))等。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、电子设备、存储介质、计算机程序产品实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。
Claims (10)
1.一种卫星网络聚类方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标卫星网络的一个或多个聚类方案，其中，所述聚类方案包括卫星网络中卫星节点的链路连接信息，每一所述聚类方案将所述目标卫星网络中的卫星节点分为一个或多个簇；
根据各所述聚类方案的链路连接信息，计算各所述聚类方案对应的可靠性得分和开销；
针对所述目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断所述目标卫星节点对应的各所述聚类方案是否满足预设限制条件；
根据判断结果，利用各所述聚类方案对应的可靠性得分和开销计算所述目标卫星节点对应的各所述聚类方案的聚类收益；
根据所述聚类收益对所述目标卫星节点进行聚类。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述针对所述目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断所述目标卫星节点对应的各所述聚类方案是否满足预设限制条件，包括：
针对所述目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断所述目标卫星节点对应的各所述聚类方案中所述目标卫星节点所在的簇是否满足：簇的大小小于第一预设阈值，且簇内各个卫星节点均连通，且簇的直径小于第二预设阈值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据判断结果，利用各所述聚类方案对应的可靠性得分和开销计算所述目标卫星节点对应的各所述聚类方案的聚类收益，包括：
针对各聚类方案，当所述判断结果为满足所述预设限制条件时，选取与所述目标卫星节点的距离小于预设第三预设阈值的卫星节点和所述目标卫星节点组成第一候选节点集合，其中，各所述聚类方案分别对应将所述第一候选节点集合加入与之相邻的各个簇中；
分别判断所述第一候选节点集合加入与之相邻的各个簇中之后，所述与之相邻的各个簇是否满足所述预设限制条件；
选取所述与之相邻的各个簇中满足所述预设限制条件的簇所对应的聚类方案作为第一聚类变换方案集，并利用各所述聚类变换方案对应的可靠性得分和开销计算所述第一聚类变换方案集中各方案的聚类收益；
所述根据所述聚类收益对所述目标卫星节点进行聚类，包括：
根据所述第一聚类变换方案集中各方案的聚类收益，选取聚类收益为正且数值最大的聚类收益所对应的聚类方案作为第一目标聚类变换方案；
执行所述第一目标聚类变换方案。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据判断结果，利用各所述聚类方案对应的可靠性得分和开销计算所述目标卫星节点对应的各所述聚类方案的聚类收益，包括：
针对各聚类方案，当所述判断结果为不满足所述预设限制条件时，选取与所述目标卫星节点的距离小于预设第三预设阈值的卫星节点和所述目标卫星节点组成第二候选节点集合，其中，各所述聚类方案包括将所述第二候选节点集合加入与之相邻的各个簇中和将所述第二候选节点集合作为单独的簇；
分别判断所述第二候选节点集合加入与之相邻的各个簇中之后，所述与之相邻的各个簇是否满足所述预设限制条件；
选取所述与之相邻的各个簇中满足所述预设限制条件的簇所对应的聚类方案和所述第二候选节点集合作为单独的簇的方案组成第二聚类变换方案集，并利用各所述聚类变换方案对应的可靠性得分和开销计算所述第二聚类变换方案集中各方案的聚类收益；
所述根据所述聚类收益对所述目标卫星节点进行聚类，包括：
根据所述第二聚类变换方案集中各方案的聚类收益，选取聚类收益为正且数值最大的聚类收益所对应的聚类方案作为第二目标聚类变换方案；
执行所述第二目标聚类变换方案。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述链路连接信息包括各个簇中通信链路的数量、各个簇的边连通度、簇头和各簇成员的通信速率、簇头与簇成员之间的通信距离、各簇成员间的通信速率、各簇成员之间的通信距离、各簇头间的通信速率、各簇头之间的通信距离和链路突发失败的概率，所述根据各所述聚类方案的链路连接信息，计算各所述聚类方案对应的可靠性得分和开销，包括：
根据各所述聚类方案对应的各个簇中通信链路的数量、所述各个簇的边连通度和所述链路突发失败的概率，计算各所述聚类方案对应的可靠性得分；
根据各所述聚类方案对应的所述簇头和各簇成员的通信速率、所述簇头与簇成员之间的通信距离、所述各簇成员间的通信速率、所述各簇成员之间的通信距离、所述各簇头间的通信速率、所述各簇头之间的通信距离，计算各所述聚类方案对应的聚类信息更新的开销、聚类内部路由开销和聚类间路由开销；
计算各所述聚类方案对应的聚类信息更新的开销、所述聚类内部路由开销和所述聚类间路由开销之和，得到所述所述聚类方案对应的开销。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述根据所述聚类收益对所述目标卫星节点进行聚类，包括：
获取所述目标卫星节点当前的状态信息；
当所述目标卫星节点处于空闲状态时，执行第一目标聚类变换方案或第二目标聚类变换方案。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过聚类后的卫星网络进行信息的接收和发送。
8.一种卫星网络聚类装置，其特征在于，所述装置包括：
方案获取模块，用于获取目标卫星网络的一个或多个聚类方案，其中，所述聚类方案包括卫星网络中卫星节点的链路连接信息，每一所述聚类方案将所述目标卫星网络中的卫星节点分为一个或多个簇；
开销计算模块，用于根据各所述聚类方案的链路连接信息，计算各所述聚类方案对应的可靠性得分和开销；
限制条件判断模块，用于针对所述目标卫星网络中的任一目标卫星节点，判断所述目标卫星节点对应的各所述聚类方案是否满足预设限制条件；
聚类收益计算模块，用于根据判断结果，利用各所述聚类方案对应的可靠性得分和开销计算所述目标卫星节点对应的各所述聚类方案的聚类收益；
卫星聚类模块，用于根据所述聚类收益对所述目标卫星节点进行聚类。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
存储器，用于存放计算机程序；
处理器，用于执行存储器上所存放的程序时，实现权利要求1-7任一所述的方法步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一所述的方法步骤。
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