CN114244422B - 一种面向多跳广播的星间链路资源调度方法 - Google Patents

一种面向多跳广播的星间链路资源调度方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114244422B
CN114244422B CN202111546114.2A CN202111546114A CN114244422B CN 114244422 B CN114244422 B CN 114244422B CN 202111546114 A CN202111546114 A CN 202111546114A CN 114244422 B CN114244422 B CN 114244422B
Authority
CN
China
Prior art keywords
planning
constraint
objective function
meta
inter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111546114.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114244422A (zh
Inventor
白剑
谷小松
高惠荔
孙清
吴涛
张春泽
钱建国
翟保荣
王新奇
郝荣林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Xian Satellite Control Center
Original Assignee
China Xian Satellite Control Center
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Xian Satellite Control Center filed Critical China Xian Satellite Control Center
Priority to CN202111546114.2A priority Critical patent/CN114244422B/zh
Publication of CN114244422A publication Critical patent/CN114244422A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114244422B publication Critical patent/CN114244422B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/18521—Systems of inter linked satellites, i.e. inter satellite service
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/12—Wireless traffic scheduling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
    • H04W84/06—Airborne or Satellite Networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

本公开实施例是关于一种面向多跳广播的星间链路资源调度方法。该方法包括：根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型；根据约束规划模型确定元规划本体，采用0‑1规划方法对元规划本体进行求解，获得元规划本体下的可行规划方案和优化目标函数的目标值。本公开实施例根据建立的星间广播的约束规划模型及基于该约束规划模型确定的元规划本体，并对元规划本体求解得到的可行规划方案和优化目标函数的目标值，能够为周期链路拓扑规划问题提供了可行规划方案，该可行规划方案能够较好地控制多跳路由规划中的“数据泛洪”现象。

Description

一种面向多跳广播的星间链路资源调度方法
技术领域
本公开涉及天地基测控资源调度技术领域，尤其涉及一种面向多跳广播的星间链路资源调度方法。
背景技术
对于walker星座的长期运行管理思路一般是联合使用区域测控网和星间链路，地基设备直接管理若干节点星，并经由星间链路进行其它星的管理。如果设想通过任意节点星获取全星座的信息或者控制全星座，则需要将任意节点星的相关信息广播至星座中其它星，如何设计这样的星间链路拓扑和星间路由，就是walker星座星间广播拓扑规划问题。
相关技术中，TDD(Time Division Duplexing)时分双工链路特征，一般通过时隙来描述TDD星间链路的一个收发过程。典型Walker星座将此类星间链路设计为一分钟20个时隙，每个时隙持续3秒，每个时隙有一组配对卫星轮流进行数据收发。
链路可见性，对于中高轨walker星座而言(比如全球导航星座)，存在永久可视拓扑关系和临时可见的拓扑关系，永久性和临时性取决于星座中卫星之间的相对位置和运动关系，即星座的几何构型以及天线的相关性能参数。从运行管理的安全性考虑，基于永久可视拓扑建链可以减少卫星可视情况预报分析，有利于实现周期性的路由策略。
链路通信能力，星间链路受制于星上环境限制，传输速率相对有限，在做路由规划尤其是多跳路由规划时，必须防止“数据泛洪”，切实保证数据收发不超出星间链路传输性能。
星上缓存能力，对于星间广播而言，任意节点星都要存储自身和其它节点星的数据信息，与一跳数据中继相比缓存数据量要多出很多倍，但星上的缓存能力是有限的，需要采取一定的数据清理机制保证缓存数据不溢出。
星座运行管理，对于大型星座的管理需要尽量减少地面操控。频繁更改路由表配置对地面任务管理人员是一项沉重的负担，也会给星座自身的运行管理带来风险因素，因此必须需要相对稳定的路由配置方案。
因此，有必要提供一种新的技术方案改善上述方案中存在的一个或者多个问题。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种面向多跳广播的星间链路资源调度方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
根据本公开实施例的提供一种面向多跳广播的星间链路资源调度方法，该方法包括：
根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型；
根据所述约束规划模型确定元规划本体，采用0-1规划方法对所述元规划本体进行求解，获得所述元规划本体下的可行规划方案和所述优化目标函数的目标值。
本公开的实施例中，所述根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型的步骤包括：
根据星座中星星永久可视关系，建立永久可见拓扑矩阵，确定星星拓扑选择的可视约束。
本公开的实施例中，所述根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型的步骤包括：
根据时分双工链路特点，每个时隙内同一颗星同时最多建立一条链路，确定星星配对约束。
本公开的实施例中，所述根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型的步骤包括：
根据图论中邻接矩阵连通判断准则，判定任意星星间是否连通，确定全星座的连通约束。
本公开的实施例中，所述根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型的步骤包括：
根据链路配置周期数、图的点连通度、星座全连通需要的最小路径长确定优化目标函数。
本公开的实施例中，所述根据所述约束规划模型确定元规划本体，采用0-1规划方法对所述元规划本体进行求解，获得元规划本体下的可行规划方案和所述优化目标函数的目标值的步骤包括：
确定所述优化目标函数的初始值，根据优化目标函数的初始值对所述元规划本体涉及的参数进行初始化。
本公开的实施例中，所述根据所述约束规划模型确定元规划本体，采用0-1规划方法对所述元规划本体进行求解，获得元规划本体下的可行规划方案和所述优化目标函数的目标值的步骤包括：
采用所述0-1规划方法对初始化后的所述元规划本体进行求解；
若当期周期数大于所述链路配置周期数，则求解结束，并根据所述连通约束判断当前规划方案是否全连通。
本公开的实施例中，所述根据所述约束规划模型确定元规划本体，采用0-1规划方法对所述元规划本体进行求解，获得元规划本体下的可行规划方案和所述优化目标函数的目标值的步骤包括：
若所述当前规划方案全连通，则将所述当前规划方案下对应的目标值与预设目标值进行比较。
本公开的实施例中，所述根据所述约束规划模型确定元规划本体，采用0-1规划方法对所述元规划本体进行求解，获得元规划本体下的可行规划方案和所述优化目标函数的目标值的步骤包括：
若所述当前规划方案下对应的目标值不小于所述预设目标值，则将当前求解次数与预设求解次数进行比较。
本公开的实施例中，所述根据所述约束规划模型确定元规划本体，采用0-1规划方法对所述元规划本体进行求解，获得元规划本体下的可行规划方案和所述优化目标函数的目标值的步骤包括：
若所述当前求解次数达到所述预设求解次数，则获得所述元规划本体下的所述可行规划方案和所述优化目标函数的目标值。
本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本公开的一种实施例中，通过上述面向多跳广播的星间链路资源调度方法，根据建立的星间广播的约束规划模型及基于该约束规划模型确定的元规划本体，并对元规划本体求解得到的可行规划方案和优化目标函数的目标值，为周期链路拓扑规划问题提供了可行规划方案，该可行规划方案能够较好地控制多跳路由规划中的“数据泛洪”现象。将收发带宽控制在星座总数据率的1.25倍以内，缓存数据量控制在星座总数据率的3.125倍以内，数据广播总时延不超过6个时隙。其中系统时延是指在路由方案中完成数据广播后，数据收时刻与数据产生时刻的最大差值；最大缓存量是指在路由过程中，任意时隙所有节点星的数据缓存量的最大值；最大收发速率是指在路由过程中，任意时隙所有节点星收发数据的最大速率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，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示意性示出本公开示例性实施例中面向多跳广播的星间链路资源调度方法的流程图；
图2示意性示出本公开示例性实施例中约束规划模型的求解流程图；
图3示意性示出本公开示例性实施例中各节点数据广播时延特征；
图4示意性示出本公开示例性实施例中收发、删除、缓存的最大数据量关系。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
本示例实施方式中提供了一种面向多跳广播的星间链路资源调度方法，参考图1中所示，该方法可以包括：
步骤S101：根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型。
步骤S102：根据所述约束规划模型确定元规划本体，采用0-1规划方法对所述元规划本体进行求解，获得所述元规划本体下的可行规划方案和所述优化目标函数的目标值。
通过上述面向多跳广播的星间链路资源调度方法，根据建立的星间广播的约束规划模型及基于该约束规划模型确定的元规划本体，并对元规划本体求解得到的可行规划方案和优化目标函数的目标值，为周期链路拓扑规划问题提供了可行规划方案，该可行规划方案能够较好地控制多跳路由规划中的“数据泛洪”现象。将收发带宽控制在星座总数据率的1.25倍以内，缓存数据量控制在星座总数据率的3.125倍以内，数据广播总时延不超过6个时隙。其中系统时延是指在路由方案中完成数据广播后，数据收时刻与数据产生时刻的最大差值；最大缓存量是指在路由过程中，任意时隙所有节点星的数据缓存量的最大值；最大收发速率是指在路由过程中，任意时隙所有节点星收发数据的最大速率。
下面，将参考图1至图2对本示例实施方式中的上述方法的各个步骤进行更详细的说明。
在步骤S101中，根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型。具体的，约束项包括：可视约束、配对约束和连通约束，优化目标函数为以较短路径实现全连通的同时保证较大的点连通度。
可选的，在一些实施例中，所述根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型的步骤包括：
根据星座中星星永久可视关系，建立永久可见拓扑矩阵，确定星星拓扑选择的可视约束。具体的，可视约束为星星之间的可见状态，可见状态包括永久可见和非永久可见。其中，可视约束如下述公式(2)所述。
可选的，在一些实施例中，所述根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型的步骤包括：
根据时分双工链路特点，每个时隙内同一颗星同时最多建立一条链路，确定星星配对约束。具体的，对于walker星座的TDD链路而言，要实现星间广播，就要每个时隙尽可能安排卫星通信对，通过多个时隙的配对组实现数据的广播服务。每个时隙在进行卫星配对时，必须要考虑 TDD链路特点，保证每个时隙每颗卫星只能参与一次配对，每个时隙最大的配对数不超过星座中的卫星数量的一半。其中，配对约束如下述公式(3)和公式(4)所示。
可选的，在一些实施例中，所述根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型的步骤包括：
根据图论中邻接矩阵连通判断准则，判定任意星星间是否连通，确定全星座的连通约束。具体的，对于星间广播而言，一个可行的拓扑规划方案必须保证任意两个节点星之间都是可达的，即任意节点卫星的数据能通过有限次数中继到其它节点星。其中，连通约束如下述公式(5) 所示。
可选的，在一些实施例中，所述根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型的步骤包括：
根据链路配置周期数、图的点连通度、星座全连通需要的最小路径长确定优化目标函数。具体的，根据全星座最短路策略和全星座高连通策略，确定优化目标函数，优化目标函数表示以较短路径实现全连通的同时保证较大的点连通度。其中，全星座最短策略是在给定链路配置周期和保持全节点卫星连通的情况下，优先择取跳数使用少的规划方案。这样有助于减少系统广播时延，降低最大路径长度，减少分发重复数据。全星座高连通策略是在给定链路配置周期和保持全节点卫星连通的情况下，优先选择点连通度高的规划方案。这样有助于增加网络连通的可靠性，有效减少或者规避节点星故障导致网络瘫痪问题。
通过约束项和优化目标函数建立的星间广播的约束规划模型如下：
其中，公式(1)为优化目标函数，公式(2)表示可视约束，公式 (3)和公式(4)表示配对约束，公式(5)表示连通约束。公式(5) 中大于0，表示决策变量形成的矩阵中所有元素全大于0。
且公式(1)到公式(5)所涉及的参数定义如下：
K表示链路配置周期数。
I表示与Xp同阶的单位矩阵。
aij表示walker星座内第i星与第j星的永久可见状态，1表示永久可见， 0表示非永久可见。
A表示由aij组成的方阵，表示walker星座各星的永久可见拓扑矩阵。
nS表示walker星座内的卫星数量。
表示walker星座内卫星数量一半的下限。
xijp表示第p周期walker星座内第i星与第j星链路配对的决策变量，1 表示永久可见，0表示非永久可见。
Xp表示由决策变量xijp组成的方阵。表示Xp的转置。
λ(X)表示由方阵X确定无向图的点连通度。
d表示X矩阵确定的无向图全连通需要的最小路径长。
在步骤S102中，根据所述约束规划模型确定元规划本体，采用0-1 规划方法对所述元规划本体进行求解，获得所述元规划本体下的可行规划方案和所述优化目标函数的目标值。其中，以约束规划模型中的可视约束、配对约束和连通约束作为元规划本体。
可选的，在一些实施例中，所述根据所述约束规划模型确定元规划本体，采用0-1规划方法对所述元规划本体进行求解，获得元规划本体下的可行规划方案和所述优化目标函数的目标值的步骤包括：
确定所述优化目标函数的初始值，根据优化目标函数的初始值对所述元规划本体涉及的参数进行初始化。具体的，在采用0-1规划方法对元规划本体进行求解之前，需要对元规划本体进行参数的初始化，而元规划本体进行参数的初始化是根据优化目标函数的初始值来确定的。
可选的，在一些实施例中，所述根据所述约束规划模型确定元规划本体，采用0-1规划方法对所述元规划本体进行求解，获得元规划本体下的可行规划方案和所述优化目标函数的目标值的步骤包括：
采用所述0-1规划方法对初始化后的所述元规划本体进行求解；
若当期周期数大于所述链路配置周期数，则求解结束，并根据所述连通约束判断当前规划方案是否全连通。具体的，对元规划本体中的可视约束、配对约束分别进行求解，若当期周期数大于所述链路配置周期数时，则停止对可视约束和配对约束进行求解，并对元规划本体中的连通约束进行求解，判断当前规划方案是否全连通；若当前周期数小于等于链路配置周期数时，则对可视约束和配对约束进行求解，获得当前周期的可行解，并更新可见矩阵到元规划本体。
可选的，在一些实施例中，所述根据所述约束规划模型确定元规划本体，采用0-1规划方法对所述元规划本体进行求解，获得元规划本体下的可行规划方案和所述优化目标函数的目标值的步骤包括：
若所述当前规划方案全连通，则将所述当前规划方案下对应的目标值与预设目标值进行比较。具体的，若当前规划方案没有全连通，则返回到对元规划本体涉及的参数进行初始化阶段，继续进行求解。
可选的，在一些实施例中，所述根据所述约束规划模型确定元规划本体，采用0-1规划方法对所述元规划本体进行求解，获得元规划本体下的可行规划方案和所述优化目标函数的目标值的步骤包括：
若所述当前规划方案下对应的目标值不小于所述预设目标值，则将当前求解次数与预设求解次数进行比较。具体的，将当前规划方案下对应的目标值与预设目标值进行比较时，若当前规划方案下对应的目标值不小于预设目标值，则将当前求解次数与预设求解次数进行比较；若当前规划方案下对应的目标值小于预设目标值时，则将该目标值作为更新优化目标函数的预定值，更新优化目标函数的初始值。
可选的，在一些实施例中，所述根据所述约束规划模型确定元规划本体，采用0-1规划方法对所述元规划本体进行求解，获得元规划本体下的可行规划方案和所述优化目标函数的目标值的步骤包括：
若所述当前求解次数达到所述预设求解次数，则获得所述元规划本体下的所述可行规划方案和所述优化目标函数的目标值。具体的，若当前求解次数达到预设求解次数，则获得元规划本体下的可行规划方案和优化目标函数的目标值；若当前求解次数未达到预设求解次数时，则返回到对元规划本体涉及的参数进行初始化阶段，继续进行求解。
通过上述面向多跳广播的星间链路资源调度方法，根据建立的星间广播的约束规划模型及基于该约束规划模型确定的元规划本体，并对元规划本体求解得到的可行规划方案和优化目标函数的目标值，为周期链路拓扑规划问题提供了可行规划方案，该可行规划方案能够较好地控制多跳路由规划中的“数据泛洪”现象。将收发带宽控制在星座总数据率的1.25倍以内，缓存数据量控制在星座总数据率的3.125倍以内，数据广播总时延不超过6个时隙。其中系统时延是指在路由方案中完成数据广播后，数据收时刻与数据产生时刻的最大差值；最大缓存量是指在路由过程中，任意时隙所有节点星的数据缓存量的最大值；最大收发速率是指在路由过程中，任意时隙所有节点星收发数据的最大速率。
下面通过实施例应用对上述面向多跳广播的星间链路资源调度方法做进一说明。
(1)实例设定
星座构型为walker 24/3/2标准构型，种子星轨道根数参见表1，轨道历元为2012-11-28 12:30:03(UTC)。考虑星间天线视场角范围-60～60°，星间最大距离45000km，天线最大转动角速度为0.1°/s。
表1种子星轨道根数
通过计算星星永久可视关系可获得如下拓扑矩阵A，作为迭代过程的初始输入条件。矩阵中1标示相应两节点永久可视，0标示相应两节点非永久可视。本文后续分析基于此矩阵进行。矩阵每行、每列均代表一个节点星的联接情况，为方便分析，将行号或者列号作为各节点星的id。
(2)拓扑规划方案优选
根据拓扑规划模型求解流程，分别对K＝2、K＝3、K＝4、K＝5不同周期下的拓扑规划模型进行求解。求解结果如下表2所示，链路拓扑循环的周期越大，星座星间广播网络的最大点连通度越高，实现广播时的最大路径长越小。但周期越大，每个节点星上的数据缓存、传输压力就越大，数据广播的时延也越大，同时星间链路的配置管理也就越复杂，因此需要在较小循环周期和较高连通度之间进行折中。可依据模型目标值进行选优，由表2可知K＝3时的网络连通度能够基本满足网络可靠要求同时又能便于星间网络的运行管理。表3为K＝3时的一个拓扑规划方案C1。
表2不同周期下求解目标值对比
表3 K＝3时一个典型拓扑规划方案C1
(3)星间广播路由验证
根据拓扑规划方案C1进行数据广播验证。为便于分析，假定每个节点每个时隙待发送数据量相同，且设定为当前时隙产生的数据从下一个时隙开始广播。该路由配置下星座数据最大广播时延为6个时隙。图3 为各节点广播时延情况，图3中24个节点星的时延曲线分别以相应的点划线为参考绘制，参考线为5个时隙，上下浮动不大于1个时隙。从图3看，方案C1下数据广播时延具有明显的周期性(3个时隙为一个周期)。任意节点星的数据分发路径也有一致的周期性，其后的时隙重复这3个分发路径。关于星座各节点在各时刻收发、删除、缓存的最大数据量参见图4，收发、删除在稳定后数据量大体一致，不超过星座该时刻产生数据量的1.25倍(30/24＝1.25)，而缓存数据在稳定后不超过星座该时刻产生数据量的3.125倍(75/24＝3.125)。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (4)

1.一种面向多跳广播的星间链路资源调度方法，其特征在于，该方法包括：
根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型，包括：
根据链路配置周期数、图的点连通度、星座全连通需要的最小路径长确定优化目标函数；其中，约束项包括：可视约束、配对约束和连通约束，优化目标函数为以较短路径实现全连通的同时保证较大的点连通度；
所述约束规划模型如下：
其中，公式(1)为优化目标函数，公式(2)表示可视约束，公式(3)和公式(4)表示配对约束，公式(5)表示连通约束，公式(5)中大于0，表示决策变量形成的矩阵中所有元素全大于0；
且公式(1)到公式(5)所涉及的参数定义如下：
K表示链路配置周期数；
I表示与Xp同阶的单位矩阵；
aij表示walker星座内第i星与第j星的永久可见状态，1表示永久可见，0表示非永久可见；
A表示由aij组成的方阵，表示walker星座各星的永久可见拓扑矩阵；
nS表示walker星座内的卫星数量，i表示卫星数量nS中的第i星，i∈[1,ns]，j表示卫星数量nS中的第j星，j∈[1,ns]；
表示walker星座内卫星数量一半的下限；
xijp表示第p周期walker星座内第i星与第j星链路配对的决策变量，1表示永久可见，0表示非永久可见；
Xp表示由决策变量xijp组成的方阵；表示Xp的转置；
λ(X)表示由方阵X确定无向图的点连通度；
d表示X矩阵确定的无向图全连通需要的最小路径长；
q表示方阵的次幂，表示q个方阵/>相乘，q∈[1,d]；
根据所述约束规划模型确定元规划本体，采用0-1规划方法对所述元规划本体进行求解，获得所述元规划本体下的可行规划方案和所述优化目标函数的目标值，包括：
确定所述优化目标函数的初始值，根据优化目标函数的初始值对所述元规划本体涉及的参数进行初始化；
采用所述0-1规划方法对初始化后的所述元规划本体进行求解；
若当期周期数大于所述链路配置周期数，则求解结束，并根据所述连通约束判断当前规划方案是否全连通；
若所述当前规划方案全连通，则将所述当前规划方案下对应的目标值与预设目标值进行比较；
若所述当前规划方案下对应的目标值不小于所述预设目标值，则将当前求解次数与预设求解次数进行比较；
若所述当前求解次数达到所述预设求解次数，则获得所述元规划本体下的所述可行规划方案和所述优化目标函数的目标值。
2.根据权利要求1所述面向多跳广播的星间链路资源调度方法，其特征在于，所述根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型的步骤包括：
根据星座中星星永久可视关系，建立永久可见拓扑矩阵，确定星星拓扑选择的可视约束。
3.根据权利要求1所述面向多跳广播的星间链路资源调度方法，其特征在于，所述根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型的步骤包括：
根据时分双工链路特点，每个时隙内同一颗星同时最多建立一条链路，确定星星配对约束。
4.根据权利要求1所述面向多跳广播的星间链路资源调度方法，其特征在于，所述根据约束项和优化目标函数建立星间广播的约束规划模型的步骤包括：
根据图论中邻接矩阵连通判断准则，判定任意星星间是否连通，确定全星座的连通约束。
CN202111546114.2A 2021-12-17 2021-12-17 一种面向多跳广播的星间链路资源调度方法 Active CN114244422B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111546114.2A CN114244422B (zh) 2021-12-17 2021-12-17 一种面向多跳广播的星间链路资源调度方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111546114.2A CN114244422B (zh) 2021-12-17 2021-12-17 一种面向多跳广播的星间链路资源调度方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114244422A CN114244422A (zh) 2022-03-25
CN114244422B true CN114244422B (zh) 2023-10-31

Family

ID=80757381

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111546114.2A Active CN114244422B (zh) 2021-12-17 2021-12-17 一种面向多跳广播的星间链路资源调度方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114244422B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107885917A (zh) * 2017-10-27 2018-04-06 中国地质大学（武汉） 基于异面变轨策略的卫星星座重构方法、设备及存储设备
CN108958277A (zh) * 2018-08-02 2018-12-07 西北工业大学 一种mems固体微推进器的微纳卫星姿轨一体化控制方法
CN113612525A (zh) * 2021-08-27 2021-11-05 陕西星邑空间技术有限公司 基于约束满足的低轨互联网星座星地链路规划方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL3830978T3 (pl) * 2018-07-31 2022-08-22 St Engineering Idirect (Europe) Cy Nv Nadajnik łączności satelitarnej

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107885917A (zh) * 2017-10-27 2018-04-06 中国地质大学（武汉） 基于异面变轨策略的卫星星座重构方法、设备及存储设备
CN108958277A (zh) * 2018-08-02 2018-12-07 西北工业大学 一种mems固体微推进器的微纳卫星姿轨一体化控制方法
CN113612525A (zh) * 2021-08-27 2021-11-05 陕西星邑空间技术有限公司 基于约束满足的低轨互联网星座星地链路规划方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114244422A (zh) 2022-03-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. STAG-based QoS support routing strategy for multiple missions over the satellite networks
Wang et al. An adaptive routing algorithm for integrated information networks
US4905233A (en) Multiple path routing mechanism for packet communications network
de Azúa et al. Internet of satellites (IoSat): Analysis of network models and routing protocol requirements
CN113572686B (zh) 一种基于SDN的天地一体化自适应动态QoS路由方法
Rao et al. Agent-based load balancing routing for LEO satellite networks
CN113315569B (zh) 一种链路生存时长加权的卫星可靠性路由方法及系统
CN109067453A (zh) 基于时空图模型的卫星dtn网络不可预测中断弹性路由算法
CN112600609B (zh) 卫星网络系统的网络容量估算方法
CN105227483A (zh) 基于leo卫星网络的低复杂度负载均衡路由算法
CN103685025A (zh) 一种基于leo卫星网络的跨层动态自适应路由方法
CN109586785B (zh) 基于k最短路径算法的低轨卫星网络路由策略
CN105282038A (zh) 用于移动卫星网络中基于稳定性分析的分布式星群组网优化方法
CN110391983A (zh) 面向星地一体化网络的分布式拥塞避免路由算法
CN113765575B (zh) 基于星间链路的遥感星座路由方法
Yi et al. Satellite constellation of MEO and IGSO network routing with dynamic grouping
Fraire et al. Centralized and decentralized routing solutions for present and future space information networks
Tao et al. A traffic scheduling scheme for load balancing in SDN-based space-air-ground integrated networks
CN114268575B (zh) 天地一体化信息网络中自适应立体传输方法及系统
Iranmanesh et al. A novel destination-based routing protocol (DBRP) in DTNs
CN114244422B (zh) 一种面向多跳广播的星间链路资源调度方法
Dhara et al. CGR-SPI: A new enhanced contact graph routing for multi-source data communication in deep space network
Sekhar et al. MARVIN: movement-aware routing over interplanetary networks
Yi et al. Route strategy of satellite network in GNSS based on topology evolution law
Song et al. Snapshot integration routing for high-resolution satellite sensor networks based on delay-tolerent network

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant