CN114422368A - 软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法 - Google Patents

软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法 Download PDF

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CN114422368A CN202210236143.7A CN202210236143A CN114422368A CN 114422368 A CN114422368 A CN 114422368A CN 202210236143 A CN202210236143 A CN 202210236143A CN 114422368 A CN114422368 A CN 114422368A
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Abstract

本发明公开了一种软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，所述方法包括：获取软件定义的天地一体化网络的卫星节点和网关节点，并根据所述卫星节点和所述网关节点，构建无向图；计算所述天地一体化网络的总能耗值；基于预设的改进的模拟退火算法和所述无向图，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案，以实现对总能耗值的优化。本发明实施例通过改进的模拟退火算法和无向图，对软件定义的天地一体化网络中卫星的控制器进行数量和位置的部署，以使天地一体化网络的总能耗值最小，从而延长卫星的寿命。

Description

软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法
技术领域
本发明涉及卫星网络技术领域，尤其涉及的是软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法。
背景技术
由于通信带来的能源消耗占比越来越大以及建造和发射卫星的成本极高，发展节能的网络，延长卫星的寿命显得十分重要。天地一体化网络由于融合地面5G网络和卫星网络，不同网络域的各种硬件设备造成的整个融合网络的异构问题，很难去进行管理和操作，使得天地一体化网络的能源不受限制的使用，导致卫星迅速老化。
因此，现有技术还有待改进和发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，旨在解决现有技术中天地一体化网络由于融合地面5G网络和卫星网络，不同网络域的各种硬件设备造成的整个融合网络的异构问题，很难去进行管理和操作，使得天地一体化网络的能源不受限制的使用，导致卫星迅速老化的问题。
本发明解决问题所采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供一种软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，其中，所述方法包括：
获取软件定义的天地一体化网络的卫星节点和网关节点，并根据所述卫星节点和所述网关节点，构建无向图；
计算所述天地一体化网络的总能耗值；
基于预设的改进的模拟退火算法和所述无向图，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案，以实现对总能耗值的优化。
在一种实现方式中，所述根据所述卫星节点和所述网关节点，构建无向图包括：
将所述卫星节点和所述网关节点作为网络节点；
将网络节点之间的链路作为网络链路；
将所述网络节点和所述网络链路组成无向图。
在一种实现方式中，所述计算所述天地一体化网络的总能耗值包括：
获取交换机的发送速率和接收速率；其中，所述交换机位于卫星节点中；
根据所述发送速率和所述接收速率，得到第四能耗值；
根据所述第四能耗值，得到所述天地一体化网络的总能耗值。
在一种实现方式中，所述根据所述发送速率和所述接收速率，得到第四能耗值包括：
根据所述发送速率和所述接收速率，得到交换机的发送数据的第一能耗值和交换机的接收数据的第二能耗值；
基于预设的第二函数获取交换机的处理数据的第三能耗值；
将所述第一能耗值、所述第二能耗值和所述第三能耗值进行相加，得到第四能耗值。
在一种实现方式中，所述根据所述发送速率和所述接收速率，得到交换机的发送数据的第一能耗值和交换机的接收数据的第二能耗值包括：
基于所述发送速率和预设的函数获取交换机的发送数据的第一能耗值；
基于所述接收速率和所述预设的函数获取交换机的接收数据的第二能耗值。
在一种实现方式中，所述根据所述第四能耗值，得到所述天地一体化网络的总能耗值包括：
获取网关节点与卫星节点之间的第五能耗值；
将所述第四能耗值和所述第五能耗值进行相加，得到所述天地一体化网络的总能耗值。
在一种实现方式中，所述预设的改进的模拟退火算法包括贪心算法和模拟退火算法；所述基于预设的改进的模拟退火算法和所述无向图，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案，以实现对总能耗值的优化包括：
获取卫星的控制器的部署数量；
计算任意两个网络节点之间的第六能耗值；
根据所述第六能耗值、所述卫星的控制器的部署数量、所述无向图和所述贪心算法，得到第一控制器集合、第一控制器部署方案和第一控制器集合对应的最小能耗值；
基于所述模拟退火算法、所述第一控制器集合、所述第一控制器部署方案和第一控制器集合对应的最小能耗值，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案。
在一种实现方式中，所述根据所述第六能耗值、所述卫星的控制器的部署数量、所述无向图和所述贪心算法，得到第一控制器集合、第一控制器部署方案和第一控制器集合对应的最小能耗值包括：
初始化所述贪心算法的原始集合；
遍历天地一体化网络中的所述无向图的每个网络节点，将所述网络节点归类至原始集合，得到第二控制器集合；
根据所述第二控制器集合和所述第六能耗值获取第二控制器集合对应的第七能耗值；
将最小的第七能耗值对应的第二控制器集合作为第一控制器集合；
将最小的第七能耗值作为第一控制器集合对应的最小能耗值；
当所述第一控制器集合不等于预设阈值时，则返回执行遍历天地一体化网络中的所述无向图的每个网络节点，将所述网络节点归类至原始集合，得到第二控制器集合的步骤；
当所述第一控制器集合等于预设阈值时，将所述第一控制器集合对应的网络节点的部署作为第一控制器部署方案。
在一种实现方式中，所述基于所述模拟退火算法、所述第一控制器集合、所述第一控制器部署方案和第一控制器集合对应的最小能耗值，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案包括：
初始化所述贪心算法的原始集合；
将所述无向图和卫星的控制器的部署数量输入模拟退火算法；
初始化所述模拟退火算法的预设的参数；
将所述第一控制器集合中的控制器进行随机替换一个，得到第三控制器集合；
遍历更新后的所述第一控制器部署方案，并计算更新后的所述第一控制器部署方案对应的第八能耗值；
根据所述第三控制器集合、第一控制器集合对应的最小能耗值和所述第八能耗值，得到控制器的目标部署方案。
在一种实现方式中，所述根据所述第三控制器集合、第一控制器集合对应的最小能耗值和所述第八能耗值，得到控制器的目标部署方案包括：
将所述第八能耗值减去第一控制器集合对应的最小能耗值，得到第一差值；
根据第一差值获取第一概率值；
当所述第一差值小于或者等于0时，则将第三控制器集合作为目标控制器集合；
当所述第一差值大于0，且所述第一概率值大于预设的概率阈值时，将第三控制器集合作为目标控制器集合；
当所述第一差值大于0，且所述第一概率值小于预设的概率阈值时，将第一控制器集合作为目标控制器集合；
当所述模拟退火算法满足预设的条件时，则停止执行迭代，将所述目标控制器集合对应的网络节点的部署作为控制器的目标部署方案；
当所述模拟退火算法不满足预设的条件时，重复执行将所述第一控制器集合中的控制器进行随机替换一个，得到第三控制器集合的步骤。
第二方面，本发明实施例还提供一种软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署装置，其中，所述装置包括：无向图构建模块，用于获取软件定义的天地一体化网络的卫星节点和网关节点，并根据所述卫星节点和所述网关节点，构建无向图；
总能耗值计算模块，用于计算所述天地一体化网络的总能耗值；
控制器的目标部署方案得到模块，用于基于预设的改进的模拟退火算法和所述无向图，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案，以实现对总能耗值的优化。
第三方面，本发明实施例还提供一种智能终端，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行所述一个或者一个以上程序包含用于执行如上述任意一项所述的软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法。
第四方面，本发明实施例还提供一种非临时性计算机可读存储介质，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如上述中任意一项所述的软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法。
本发明的有益效果：本发明实施例首先获取软件定义的天地一体化网络的卫星节点和网关节点，并根据所述卫星节点和所述网关节点，构建无向图；然后计算所述天地一体化网络的总能耗值；最后基于预设的改进的模拟退火算法和所述无向图，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案，以实现对总能耗值的优化；可见，本发明实施例中通过改进的模拟退火算法和无向图，对软件定义的天地一体化网络中卫星的控制器进行数量和位置的部署，以使天地一体化网络的总能耗值最小，从而延长卫星的寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明中记载的一些实施例，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为本发明实施例提供的软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法流程示意图。
图2为本发明实施例提供的软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署装置的原理框图。
图3为本发明实施例提供的智能终端的内部结构原理框图。
具体实施方式
本发明公开了软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。 应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。
由于现有技术中，天地一体化网络由于融合地面5G网络和卫星网络，不同网络域的各种硬件设备造成的整个融合网络的异构问题，很难去进行管理和操作。天地一体化网络中的卫星建造和发射卫星的成本极高，不受限制地使用能源会导致卫星迅速老化，导致卫星迅速老化。
为了解决现有技术的问题，本实施例提供了一种软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，通过改进的模拟退火算法和无向图，对软件定义的天地一体化网络中卫星的控制器进行数量和位置的部署，以使天地一体化网络的总能耗值最小，从而延长卫星的寿命。具体实施时，首先获取软件定义的天地一体化网络的卫星节点和网关节点，并根据所述卫星节点和所述网关节点，构建无向图；然后计算所述天地一体化网络的总能耗值；最后基于预设的改进的模拟退火算法和所述无向图，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案，以实现对总能耗值的优化。
示例性方法
本实施例提供一种软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，该方法可以应用于卫星网络的智能终端。具体如图1所示，所述方法包括：
步骤S100、获取软件定义的天地一体化网络的卫星节点和网关节点，并根据所述卫星节点和所述网关节点，构建无向图；
具体地，软件定义是用软件去定义硬件的功能，用软件为硬件赋能。软件定义的天地一体化网络。由于提供了对网络的灵活控制，增加了网络的可编程性，本发明将软件定义网络（SDN）引入天地一体化网络中使得网络灵活性高，操作简单，效率高。本发明先建立支持SDN的天地一体化网络架构，架构包括管理平面、数据平面和控制平面三个逻辑平面。在本实施例中，可以通过星历表获取软件定义的天地一体化网络的卫星节点和网关节点，然后根据所述卫星节点和所述网关节点构建无向图。
为了得到无向图，所述根据所述卫星节点和所述网关节点，构建无向图包括如下步骤：将所述卫星节点和所述网关节点作为网络节点；将网络节点之间的链路作为网络链路；将所述网络节点和所述网络链路组成无向图。
具体地，将所有的卫星节点和网关节点作为网络节点
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，将卫星节点与卫星节点之间链路，网关节点与卫星节点之间的链路作为网络链路
Figure DEST_PATH_IMAGE002
，将所述网络节点和所述网络链路组成无向图
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
和
Figure DEST_PATH_IMAGE005
分别表示网络中的节点数和链路数。也就是说从一个卫星节点到另一个卫星节点之间的链路是没有方向性的，从一个卫星节点到另一个网关节点之间的链路也是没有方向性的。
得到无向图后，就可以执行如图1所示的如下步骤：S200、计算所述天地一体化网络的总能耗值；
具体地，卫星交换机到卫星控制器之间的数据传输会产生能耗，卫星网关到卫星之间的数据传输会产生能耗，这些能耗都最终影响天地一体化网络中卫星的寿命，需要将这些能耗最小化，故需要先计算所述天地一体化网络的总能耗值。
为了得到天地一体化网络的总能耗值，所述计算所述天地一体化网络的总能耗值包括如下步骤：
S201、获取交换机的发送速率和接收速率；其中，所述交换机位于卫星节点中；
S202、根据所述发送速率和所述接收速率，得到第四能耗值；
S203、根据所述第四能耗值，得到所述天地一体化网络的总能耗值。
在步骤S201中，交换机的发送速率为
Figure DEST_PATH_IMAGE006
，交换机的发送速率为
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，其中，所述交换机位于卫星节点中。
步骤S202具体包括：根据所述发送速率和所述接收速率，得到交换机的发送数据的第一能耗值和交换机的接收数据的第二能耗值；基于预设的第二函数获取交换机的处理数据的第三能耗值；将所述第一能耗值、所述第二能耗值和所述第三能耗值进行相加，得到第四能耗值。
在一种实现方式中，所述根据所述发送速率和所述接收速率，得到交换机的发送数据的第一能耗值和交换机的接收数据的第二能耗值包括如下步骤：基于所述发送速率和预设的函数获取交换机的发送数据的第一能耗值；基于所述接收速率和所述预设的函数获取交换机的接收数据的第二能耗值。
具体地，根据交换机的发送速率
Figure 187077DEST_PATH_IMAGE006
，得到交换机发送数据的第一能耗值的公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE008
其中，
Figure 913725DEST_PATH_IMAGE006
是交换机的发送速率，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
是交换机以最大发送速率发送时消耗的能量，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
是能耗权值函数。根据交换机的发送速率
Figure DEST_PATH_IMAGE011
，得到交换机接收数据的第二能耗值的公式为
Figure DEST_PATH_IMAGE012
。其中，
Figure 687777DEST_PATH_IMAGE011
是交换机的发送速率，
Figure DEST_PATH_IMAGE013
是交换机以最大发送速率发送时消耗的能量。得到第一能耗值和第二能耗之后，可以执行基于预设的第二函数获取交换机的处理数据的第三能耗值的步骤，预设的第二函数为：
Figure DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
是流建立请求消息的大小，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
是流表项大小，
Figure DEST_PATH_IMAGE017
是匹配数据的能耗，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
是处理数据的能耗值，交换机处理数据（包括匹配数据和处理数据）的能耗值，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
为交换机的处理数据的第三能耗值。其中，流建立为业务流建立的过程，由一系列字段组成,流表项分为基本字段、条件字段和动作字段三部分。在本实施例中，每当新的业务流到达交换机时，由于从交换机流表项中没有匹配到相应的数据流转发规则，需要向控制器发送流建立信息。得到所述第一能耗值、所述第二能耗值和所述第三能耗值后，将所述第一能耗值、所述第二能耗值和所述第三能耗值进行相加，得到第四能耗值。第四能耗值为
Figure DEST_PATH_IMAGE020
。
得到第四能耗值后，再根据所述第四能耗值，得到所述天地一体化网络的总能耗值。相应的，所述根据所述第四能耗值，得到所述天地一体化网络的总能耗值包括如下步骤：获取网关节点与卫星节点之间的第五能耗值；将所述第四能耗值和所述第五能耗值进行相加，得到所述天地一体化网络的总能耗值。
具体地，网络总能耗，包括交换机到控制器的能耗和网关到卫星的能耗，网关节点与卫星节点之间的第五能耗值
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，将所述第四能耗值和所述第五能耗值进行相加，得到所述天地一体化网络的总能耗值。在本实施例中，卫星有很多个，网关也有很多个，故要计算多个卫星之间的第四能耗值，多个卫星与网关之间的第五能耗值，得到总能耗值：
Figure DEST_PATH_IMAGE022
Figure DEST_PATH_IMAGE023
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
是卫星
Figure DEST_PATH_IMAGE025
和卫星控制器
Figure DEST_PATH_IMAGE026
之间的能耗，
Figure DEST_PATH_IMAGE027
是卫星网关
Figure DEST_PATH_IMAGE028
和卫星
Figure DEST_PATH_IMAGE029
之间的能耗，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
和
Figure DEST_PATH_IMAGE031
都是二进制变量，表示连接关系，等于
Figure DEST_PATH_IMAGE032
表示连接，等于
Figure DEST_PATH_IMAGE033
表示未连接。优化总能耗值的目标即最小化总能耗值：
Figure DEST_PATH_IMAGE034
得到总能耗值后，就可以执行如图1所示的如下步骤：S300、基于预设的改进的模拟退火算法和所述无向图，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案，以实现对总能耗值的优化。
步骤S300包括如下步骤：
S301、获取卫星的控制器的部署数量；
S302、计算任意两个网络节点之间的第六能耗值；
S303、根据所述第六能耗值、所述卫星的控制器的部署数量、所述无向图和所述贪心算法，得到第一控制器集合、第一控制器部署方案和第一控制器集合对应的最小能耗值；
S304、基于所述模拟退火算法、所述第一控制器集合、所述第一控制器部署方案和第一控制器集合对应的最小能耗值，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案。
具体地，控制器部署是软件定义的天地一体化网络中衡量控制平面性能的一个重要问题，控制器通过和交换机之间的通信形成一致的网络全局视图来维持数据的传输和控制。不同的控制器部署位置对网络性能的影响差异很大，因此，优化控制器的部署位置是网络管理的必要条件。本发明考虑到天地一体化网络中的卫星建造和发射卫星的成本极高，为了防止不受限制地使用能源会导致卫星迅速老化，十分有必要发展节能的天地一体化网络，尽可能长地延长卫星寿命。本发明将从控制器部署的角度来降低网络的能耗。实际中，先获取卫星的控制器的部署数量
Figure DEST_PATH_IMAGE035
，
Figure 739522DEST_PATH_IMAGE035
可以取实际中自然数，其个数小于等于卫星的个数，再计算任意两个网络节点之间的第六能耗值。
步骤S303具体包括如下步骤：初始化所述贪心算法的原始集合；遍历天地一体化网络中的所述无向图的每个网络节点，将所述网络节点归类至原始集合，得到第二控制器集合；根据所述第二控制器集合和所述第六能耗值获取第二控制器集合对应的第七能耗值；将最小的第七能耗值对应的第二控制器集合作为第一控制器集合；将最小的第七能耗值作为第一控制器集合对应的最小能耗值；当所述第一控制器集合不等于预设阈值时，则返回执行遍历天地一体化网络中的所述无向图的每个网络节点，将所述网络节点归类至原始集合，得到第二控制器集合的步骤；当所述第一控制器集合等于预设阈值时，将所述第一控制器集合对应的网络节点的部署作为第一控制器部署方案。
具体地，初始化所述贪心算法的原始集合，也即将控制器集合初始化为空集，将所述无向图（也即网络拓扑图
Figure DEST_PATH_IMAGE036
）和卫星的控制器的部署数量输入贪心算法,然后遍历天地一体化网络中的每个网络节点，将所述网络节点归类至原始集合，原始集合中网络节点增多，得到第二控制器集合；然后根据所述第二控制器集合和所述第六能耗值获取第二控制器集合对应的第七能耗值；也即将第二控制器集合中的网络节点之间第六能耗值进行相加，得到第二控制器集合对应的第七能耗值。实际中，每遍历一次，就会增加一个网络节点，记录具有最小能耗的控制器部署集合，也即第一控制器集合
Figure DEST_PATH_IMAGE037
，将最小的第七能耗值作为第一控制器集合
Figure 421170DEST_PATH_IMAGE037
对应的最小能耗值
Figure DEST_PATH_IMAGE038
。预设阈值为控制器的数据
Figure DEST_PATH_IMAGE039
，当所述第一控制器集合不等于预设阈值时
Figure 241140DEST_PATH_IMAGE039
，则返回执行遍历天地一体化网络中的所述无向图的每个网络节点，将所述网络节点归类至原始集合，得到第二控制器集合的步骤；当所述第一控制器集合等于预设阈值时，将所述第一控制器集合对应的网络节点的部署作为第一控制器部署方案
Figure DEST_PATH_IMAGE040
。
步骤S304具体包括：将所述无向图和卫星的控制器的部署数量输入模拟退火算法；初始化所述模拟退火算法的预设的参数；将所述第一控制器集合中的控制器进行随机替换一个，得到第三控制器集合；遍历更新后的所述第一控制器部署方案，并计算更新后的所述第一控制器部署方案对应的第八能耗值；根据所述第三控制器集合、第一控制器集合对应的最小能耗值和所述第八能耗值，得到控制器的目标部署方案。
具体地，先将所述无向图
Figure 513989DEST_PATH_IMAGE036
和卫星的控制器的部署数量
Figure 711752DEST_PATH_IMAGE039
输入模拟退火算法；初始化所述模拟退火算法的预设的参数：初始温度
Figure DEST_PATH_IMAGE041
，终止温度
Figure DEST_PATH_IMAGE042
和退火因子
Figure DEST_PATH_IMAGE043
。贪心算法生成初始的第一控制器集合
Figure DEST_PATH_IMAGE044
，其对应的第一控制器集合对应的最小能耗值
Figure DEST_PATH_IMAGE045
，将所述第一控制器集合
Figure 367730DEST_PATH_IMAGE044
中的控制器进行随机替换一个，得到第三控制器集合；遍历更新后的所述第一控制器部署方案，并计算更新后的所述第一控制器部署方案对应的第八能耗值
Figure DEST_PATH_IMAGE046
；最后根据第一控制器集合对应的最小能耗值
Figure 803391DEST_PATH_IMAGE045
和所述第八能耗值
Figure 778300DEST_PATH_IMAGE046
，得到控制器的目标部署方案。
在一种实现方式中，所述根据所述第三控制器集合、第一控制器集合对应的最小能耗值和所述第八能耗值，得到控制器的目标部署方案包括如下步骤：将所述第八能耗值减去第一控制器集合对应的最小能耗值，得到第一差值；根据第一差值获取第一概率值；当所述第一差值小于或者等于0时，则将第三控制器集合作为目标控制器集合；当所述第一差值大于0，且所述第一概率值大于预设的概率阈值时，将第三控制器集合作为目标控制器集合；当所述第一差值大于0，且所述第一概率值小于预设的概率阈值时，将第一控制器集合作为目标控制器集合；当所述模拟退火算法满足预设的条件时，则停止执行迭代，将所述目标控制器集合对应的网络节点的部署作为控制器的目标部署方案；当所述模拟退火算法不满足预设的条件时，重复执行将所述第一控制器集合中的控制器进行随机替换一个，得到第三控制器集合的步骤。
具体地，将所述第八能耗值
Figure 728939DEST_PATH_IMAGE046
减去第一控制器集合对应的最小能耗值
Figure 80286DEST_PATH_IMAGE045
，得到第一差值
Figure DEST_PATH_IMAGE047
，根据第一差值获取第一概率值
Figure DEST_PATH_IMAGE048
，其中，所述T为温度；当所述第一差值小于或者等于0时，则将第三控制器集合作为目标控制器集合；例如，
Figure DEST_PATH_IMAGE049
，则替换控制器集合
Figure 72250DEST_PATH_IMAGE044
并更新
Figure 483640DEST_PATH_IMAGE045
，当所述第一差值大于0，且所述第一概率值大于预设的概率阈值时，将第三控制器集合作为目标控制器集合；例如，当
Figure DEST_PATH_IMAGE050
，若概率
Figure DEST_PATH_IMAGE051
，将第三控制器集合作为目标控制器集合，并更新
Figure 328099DEST_PATH_IMAGE045
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
为在
Figure DEST_PATH_IMAGE053
区间产生的一个服从均匀分布的随机数，这里设置概率接受新解的目的是防止结果陷入局部最优。当所述第一差值大于0，且所述第一概率值小于预设的概率阈值时，将第一控制器集合作为目标控制器集合；例如，当
Figure 919355DEST_PATH_IMAGE050
，若概率
Figure DEST_PATH_IMAGE054
，不替换。模拟退火算法的预设的条件为当前温度T低于终止温度
Figure DEST_PATH_IMAGE055
，其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE056
，当前温度T低于终止温度，即所述模拟退火算法满足预设的条件，此时停止执行迭代，将所述目标控制器集合对应的网络节点的部署作为控制器的目标部署方案。当所述模拟退火算法不满足预设的条件时，也即当前温度T高于终止温度重复执行将所述第一控制器集合中的控制器进行随机替换一个，得到第三控制器集合的步骤。通过上述迭代操作，最终得到的控制器的目标部署方案即为近似最优的控制器部署方案
Figure 267291DEST_PATH_IMAGE044
，最优的控制器部署方案对应的网络能耗值
Figure DEST_PATH_IMAGE057
即为所述天地一体化网络的总能耗值的最小值。
在一种实现方式中，利用时间变化图论来研究动态控制器在天地一体化信息网络中的部署。此外，许多新的卫星网络正在出现，如StarLink和OneWeb。本发明的方法可以应用于更大、更复杂的天地一体化网络中。
本发明的亮点：
构建支持SDN的天地一体化卫星网络架构，在其架构中考虑了基于能耗优化的控制器部署问题，网络能耗模型考虑全球用户的流量需求对能耗的影响，并且通过本发明利用启发式算法（控制器部署方案）得到的控制器部署方案与原始的启发式算法相比实现了更低的网络能耗。
示例性设备
如图2中所示，本发明实施例提供一种软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署装置，该装置包括无向图构建模块401、总能耗值计算模块402和控制器的目标部署方案得到模块403，其中：无向图构建模块401，用于获取软件定义的天地一体化网络的卫星节点和网关节点，并根据所述卫星节点和所述网关节点，构建无向图；
总能耗值计算模块402，用于计算所述天地一体化网络的总能耗值；
控制器的目标部署方案得到模块403，用于基于预设的改进的模拟退火算法和所述无向图，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案，以实现对总能耗值的优化。
基于上述实施例，本发明还提供了一种智能终端，其原理框图可以如图3所示。该智能终端包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏、温度传感器。其中，该智能终端的处理器用于提供计算和控制能力。该智能终端的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该智能终端的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法。该智能终端的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该智能终端的温度传感器是预先在智能终端内部设置，用于检测内部设备的运行温度。
本领域技术人员可以理解，图3中的原理图，仅仅是与本发明方案相关的部分结构的框图，并不构成对本发明方案所应用于其上的智能终端的限定，具体的智能终端可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种智能终端，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行所述一个或者一个以上程序包含用于进行以下操作的指令：获取软件定义的天地一体化网络的卫星节点和网关节点，并根据所述卫星节点和所述网关节点，构建无向图；
计算所述天地一体化网络的总能耗值；
基于预设的改进的模拟退火算法和所述无向图，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案，以实现对总能耗值的优化。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本发明所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
综上所述，本发明公开了软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，所述方法包括：获取软件定义的天地一体化网络的卫星节点和网关节点，并根据所述卫星节点和所述网关节点，构建无向图；计算所述天地一体化网络的总能耗值；基于预设的改进的模拟退火算法和所述无向图，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案，以实现对总能耗值的优化。本发明实施例通过改进的模拟退火算法和无向图，对软件定义的天地一体化网络中卫星的控制器进行数量和位置的部署，以使天地一体化网络的总能耗值最小，从而延长卫星的寿命。进一步地，本发明建立支持SDN的天地一体化网络架构；在此架构中建立网络能耗模型，考虑全球用户的流量需求对能耗的影响，将全球不同位置的流量需求设置到最近的卫星上，流量需求大的卫星，其端口传输速率就越大，计算出卫星交换机到卫星控制器的能耗值和卫星网关到卫星的能耗值，定义基于能耗优化控制器部署问题和约束条件；并利用改进的模拟退火部署算法来求解上述问题得到近似最优的控制器部署。
基于上述实施例，本发明公开了一种软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (13)

1.一种软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，其特征在于，所述方法包括：
获取软件定义的天地一体化网络的卫星节点和网关节点，并根据所述卫星节点和所述网关节点，构建无向图；
计算所述天地一体化网络的总能耗值；
基于预设的改进的模拟退火算法和所述无向图，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案，以实现对总能耗值的优化。
2.根据权利要求1所述的软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，其特征在于，所述根据所述卫星节点和所述网关节点，构建无向图包括：
将所述卫星节点和所述网关节点作为网络节点；
将网络节点之间的链路作为网络链路；
将所述网络节点和所述网络链路组成无向图。
3.根据权利要求1所述的软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，其特征在于，所述计算所述天地一体化网络的总能耗值包括：
获取交换机的发送速率和接收速率；其中，所述交换机位于卫星节点中；
根据所述发送速率和所述接收速率，得到第四能耗值；
根据所述第四能耗值，得到所述天地一体化网络的总能耗值。
4.根据权利要求3所述的软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，其特征在于，所述根据所述发送速率和所述接收速率，得到第四能耗值包括：
根据所述发送速率和所述接收速率，得到交换机的发送数据的第一能耗值和交换机的接收数据的第二能耗值；
基于预设的第二函数获取交换机的处理数据的第三能耗值；
将所述第一能耗值、所述第二能耗值和所述第三能耗值进行相加，得到第四能耗值。
5.根据权利要求4所述的软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，其特征在于，所述根据所述发送速率和所述接收速率，得到交换机的发送数据的第一能耗值和交换机的接收数据的第二能耗值包括：
基于所述发送速率和预设的函数获取交换机的发送数据的第一能耗值；
基于所述接收速率和所述预设的函数获取交换机的接收数据的第二能耗值。
6.根据权利要求3所述的软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，其特征在于，所述根据所述第四能耗值，得到所述天地一体化网络的总能耗值包括：
获取网关节点与卫星节点之间的第五能耗值；
将所述第四能耗值和所述第五能耗值进行相加，得到所述天地一体化网络的总能耗值。
7.根据权利要求2所述的软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，其特征在于，所述预设的改进的模拟退火算法包括贪心算法和模拟退火算法；所述基于预设的改进的模拟退火算法和所述无向图，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案，以实现对总能耗值的优化包括：
获取卫星的控制器的部署数量；
计算任意两个网络节点之间的第六能耗值；
根据所述第六能耗值、所述卫星的控制器的部署数量、所述无向图和所述贪心算法，得到第一控制器集合、第一控制器部署方案和第一控制器集合对应的最小能耗值；
基于所述模拟退火算法、所述第一控制器集合、所述第一控制器部署方案和第一控制器集合对应的最小能耗值，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案。
8.根据权利要求7所述的软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，其特征在于，所述根据所述第六能耗值、所述卫星的控制器的部署数量、所述无向图和所述贪心算法，得到第一控制器集合、第一控制器部署方案和第一控制器集合对应的最小能耗值包括：
初始化所述贪心算法的原始集合；
遍历天地一体化网络中的所述无向图的每个网络节点，将所述网络节点归类至原始集合，得到第二控制器集合；
根据所述第二控制器集合和所述第六能耗值获取第二控制器集合对应的第七能耗值；
将最小的第七能耗值对应的第二控制器集合作为第一控制器集合；
将最小的第七能耗值作为第一控制器集合对应的最小能耗值；
当所述第一控制器集合不等于预设阈值时，则返回执行遍历天地一体化网络中的所述无向图的每个网络节点，将所述网络节点归类至原始集合，得到第二控制器集合的步骤；
当所述第一控制器集合等于预设阈值时，将所述第一控制器集合对应的网络节点的部署作为第一控制器部署方案。
9.根据权利要求7所述的软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，其特征在于，所述基于所述模拟退火算法、所述第一控制器集合、所述第一控制器部署方案和第一控制器集合对应的最小能耗值，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案包括：
将所述无向图和卫星的控制器的部署数量输入模拟退火算法；
初始化所述模拟退火算法的预设的参数；
将所述第一控制器集合中的控制器进行随机替换一个，得到第三控制器集合；
遍历更新后的所述第一控制器部署方案，并计算更新后的所述第一控制器部署方案对应的第八能耗值；
根据所述第三控制器集合、第一控制器集合对应的最小能耗值和所述第八能耗值，得到控制器的目标部署方案。
10.根据权利要求9所述的软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署方法，其特征在于，所述根据第三控制器集合、第一控制器集合对应的最小能耗值和所述第八能耗值，得到控制器的目标部署方案包括：
将所述第八能耗值减去第一控制器集合对应的最小能耗值，得到第一差值；
根据第一差值获取第一概率值；
当所述第一差值小于或者等于0时，则将第三控制器集合作为目标控制器集合；
当所述第一差值大于0，且所述第一概率值大于预设的概率阈值时，将第三控制器集合作为目标控制器集合；
当所述第一差值大于0，且所述第一概率值小于预设的概率阈值时，将第一控制器集合作为目标控制器集合；
当所述模拟退火算法满足预设的条件时，则停止执行迭代，将所述目标控制器集合对应的网络节点的部署作为控制器的目标部署方案；
当所述模拟退火算法不满足预设的条件时，重复执行将所述第一控制器集合中的控制器进行随机替换一个，得到第三控制器集合的步骤。
11.一种软件定义的天地一体化网络能耗优化的控制器部署装置，其特征在于，所述装置包括：
无向图构建模块，用于获取软件定义的天地一体化网络的卫星节点和网关节点，并根据所述卫星节点和所述网关节点，构建无向图；
总能耗值计算模块，用于计算所述天地一体化网络的总能耗值；
控制器的目标部署方案得到模块，用于基于预设的改进的模拟退火算法和所述无向图，对卫星的控制器进行部署，得到控制器的目标部署方案，以实现对总能耗值的优化。
12.一种智能终端，其特征在于，包括有存储器，以及一个或者一个以上的程序，其中一个或者一个以上程序存储于存储器中，且经配置以由一个或者一个以上处理器执行所述一个或者一个以上程序包含用于执行如权利要求1-10中任意一项所述的方法。
13.一种非临时性计算机可读存储介质，其特征在于，当所述存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得电子设备能够执行如权利要求1-10中任意一项所述的方法。
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