CN116455449A - 基于多目标优化的卫星路由方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于多目标优化的卫星路由方法、装置、设备及存储介质，涉及卫星通信技术领域。该基于多目标优化的卫星路由方法包括以下步骤：获取卫星通信网络的运行状态信息；根据所述运行状态信息，将所述卫星通信网络中的卫星分为至少两个稳定卫星分簇；对各所述稳定卫星分簇进行拓扑抽象，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图；根据所述分簇时变图，生成目标传输路径，并基于所述目标传输路径进行卫星路由。本申请解决了现有技术中卫星通信网络的动态路由算法的运算资源开销过大的技术问题。

Description

基于多目标优化的卫星路由方法、装置、设备及存储介质

技术领域

本申请涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于多目标优化的卫星路由方法、装置、设备及存储介质。

背景技术

近年来，以“星链”（Starlink）、“一网”（OneWeb）为代表的国内外中低轨卫星星座快速推进部署，卫星互联网正在飞速发展。卫星互联网因其覆盖范围广、传输速率高等优势，在应急救灾、航空航海监视、遥感测量等领域得到了应用。

而低轨卫星网络存在拓扑高速变化、星上资源短缺和星间链路不稳定等特点，并且在空间应用多样化的需求下，低轨卫星网络正朝着大规模、高密度、多层次的方向发展，因此，地面网络系统中的路由算法无法直接用于卫星网络。

而现有的动态路由算法虽然可以根据网络状态实时改变路由，适应性强，对网络拥塞等问题有较好的处理方式，链路信息交互会产生较大开销，并且随着网络规模的增大，运算资源开销越来越大。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种基于多目标优化的卫星路由方法，旨在解决现有技术中卫星通信网络的动态路由算法的运算资源开销过大的技术问题。

为实现上述目的，本申请提供一种基于多目标优化的卫星路由方法，所述基于多目标优化的卫星路由方法包括以下步骤：

获取卫星通信网络的运行状态信息；

根据所述运行状态信息，将所述卫星通信网络中的卫星分为至少两个稳定卫星分簇；

对各所述稳定卫星分簇进行拓扑抽象，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图；

根据所述分簇时变图，生成目标传输路径，并基于所述目标传输路径进行卫星路由。

可选地，所述运行状态信息包括所述卫星通信网络中卫星的运行方向，所述根据所述运行状态信息，将所述卫星通信网络中的卫星分为至少两个稳定卫星分簇的步骤，包括：

根据所述运行方向，将所述卫星通信网络中的卫星分为上升卫星和下降卫星；

基于预设视距距离，将所述上升卫星划分得到至少一个第一卫星分簇，并将所述下降卫星划分得到至少一个第二卫星分簇；

将所述第一卫星分簇和所述第二卫星分簇作为所述卫星通信网络的稳定卫星分簇。

可选地，所述运行状态信息还包括所述卫星通信网络中卫星的运行纬度，所述基于预设视距距离，将所述上升卫星划分得到至少一个第一卫星分簇，并将所述下降卫星划分得到至少一个第二卫星分簇的步骤，包括：

根据所述运行纬度，将所述上升卫星划分为至少一个第一纬度分区；

将所述第一纬度分区中的卫星按照预设视距距离进行划分，获得第一卫星分簇；

根据所述运行纬度，将所述下降卫星划分为至少一个第二纬度分区；

将所述第二纬度分区中的卫星按照预设视距距离进行划分，获得第二卫星分簇。

可选地，所述稳定卫星分簇包括簇头卫星和簇内卫星，所述对各所述稳定卫星分簇进行拓扑抽象，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图的步骤，包括：

将所述稳定卫星分簇中簇头卫星和簇内卫星作为簇内节点，并根据所述簇内节点之间的星间链路进行连接，生成簇内网络；

将各所述稳定卫星分簇中簇头卫星作为簇间节点，并根据所述簇间节点之间的星间链路进行连接，生成时变簇间网络；

将所述簇内网络和所述时变簇间网络进行拼接，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图。

可选地，所述根据所述分簇时变图，生成目标传输路径，并基于所述目标传输路径进行卫星路由的步骤，包括：

响应于卫星路由指令，获取所述分簇时变图中各卫星节点之间对应的各星链属性参数，其中所述卫星路由指令包括起始卫星节点和目标卫星节点；

根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径；

根据所述目标传输路径，控制所述卫星通信网络进行所述卫星路由指令对应的卫星路由操作。

可选地，所述根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径的步骤，包括：

在所述起始卫星节点和所述目标卫星节点位于所述分簇时变图中同一稳定卫星分簇内时，根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的至少一条主导路径；

将所述主导路径作为所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径。

可选地，所述根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径的步骤，还包括：

在所述起始卫星节点和所述目标卫星节点不位于所述分簇时变图中同一稳定卫星分簇内时，获取所述起始卫星节点所处的稳定卫星分簇内的起始簇头卫星，以及所述目标卫星节点所处的稳定卫星分簇内的目标簇头卫星；

根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述起始簇头卫星的第一主导路径，所述起始簇头卫星至所述目标簇头卫星的第二主导路径，以及所述目标簇头卫星至所述目标卫星节点的第三主导路径；

将所述第一主导路径、所述第二主导路径和所述第三主导路径依次连接，生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径。

此外，为实现上述目的，本申请还提供一种基于多目标优化的卫星路由装置，所述基于多目标优化的卫星路由装置包括：

获取模块，用于获取卫星通信网络的运行状态信息；

分簇模块，用于根据所述运行状态信息，将所述卫星通信网络中的卫星分为至少两个稳定卫星分簇；

拓扑模块，用于对各所述稳定卫星分簇进行拓扑抽象，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图；

路由模块，用于根据所述分簇时变图，生成目标传输路径，并基于所述目标传输路径进行卫星路由。

可选地，所述运行状态信息包括所述卫星通信网络中卫星的运行方向，分簇模块，还用于：

根据所述运行方向，将所述卫星通信网络中的卫星分为上升卫星和下降卫星；

基于预设视距距离，将所述上升卫星划分得到至少一个第一卫星分簇，并将所述下降卫星划分得到至少一个第二卫星分簇；

将所述第一卫星分簇和所述第二卫星分簇作为所述卫星通信网络的稳定卫星分簇。

可选地，所述运行状态信息还包括所述卫星通信网络中卫星的运行纬度，分簇模块，还用于：

根据所述运行纬度，将所述上升卫星划分为至少一个第一纬度分区；

将所述第一纬度分区中的卫星按照预设视距距离进行划分，获得第一卫星分簇；

根据所述运行纬度，将所述下降卫星划分为至少一个第二纬度分区；

将所述第二纬度分区中的卫星按照预设视距距离进行划分，获得第二卫星分簇。

可选地，拓扑模块，还用于：

将所述稳定卫星分簇中簇头卫星和簇内卫星作为簇内节点，并根据所述簇内节点之间的星间链路进行连接，生成簇内网络；

将各所述稳定卫星分簇中簇头卫星作为簇间节点，并根据所述簇间节点之间的星间链路进行连接，生成时变簇间网络；

将所述簇内网络和所述时变簇间网络进行拼接，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图。

可选地，路由模块，还用于：

响应于卫星路由指令，获取所述分簇时变图中各卫星节点之间对应的各星链属性参数，其中所述卫星路由指令包括起始卫星节点和目标卫星节点；

根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径；

根据所述目标传输路径，控制所述卫星通信网络进行所述卫星路由指令对应的卫星路由操作。

可选地，路由模块，还用于：

在所述起始卫星节点和所述目标卫星节点位于所述分簇时变图中同一稳定卫星分簇内时，根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的至少一条主导路径；

将所述主导路径作为所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径。

可选地，路由模块，还用于：

在所述起始卫星节点和所述目标卫星节点不位于所述分簇时变图中同一稳定卫星分簇内时，获取所述起始卫星节点所处的稳定卫星分簇内的起始簇头卫星，以及所述目标卫星节点所处的稳定卫星分簇内的目标簇头卫星；

根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述起始簇头卫星的第一主导路径，所述起始簇头卫星至所述目标簇头卫星的第二主导路径，以及所述目标簇头卫星至所述目标卫星节点的第三主导路径；

将所述第一主导路径、所述第二主导路径和所述第三主导路径依次连接，生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径。

此外，为实现上述目的，本申请还提供一种基于多目标优化的卫星路由设备，所述基于多目标优化的卫星路由设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上任一项所述的基于多目标优化的卫星路由方法的步骤。

此外，为实现上述目的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有基于多目标优化的卫星路由程序，所述基于多目标优化的卫星路由程序被处理器执行时实现如上任一项所述的基于多目标优化的卫星路由方法的步骤。

本申请提出的一种基于多目标优化的卫星路由方法、装置、设备及计算机可读存储介质，通过获取卫星通信网络的运行状态信息；根据所述运行状态信息，将所述卫星通信网络中的卫星分为至少两个稳定卫星分簇；对各所述稳定卫星分簇进行拓扑抽象，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图；根据所述分簇时变图，生成目标传输路径，并基于所述目标传输路径进行卫星路由。从而本申请通过将卫星通信网络中的卫星分为多个稳定的卫星分簇，由于卫星分簇的簇内链路保持稳定，而卫星分簇之间的簇间链路会动态变化，以解决卫星通信网络规模过大的问题，进而降低了进行卫星路由时导致运算资源开销过大的问题。同时由于并未采用静态路由的方式，从而可以在卫星分簇之间的簇间链路的动态变化随之适应性地进行调整进行路由的路径，保证了本申请的基于多目标优化的卫星路由方法的适应性。

附图说明

图1为本申请基于多目标优化的卫星路由方法的第一实施例的流程示意图；

图2为本申请实施例方案涉及的预设视距距离的场景示意图；

图3为本申请基于多目标优化的卫星路由方法的第二实施例的流程示意图；

图4为本申请实施例方案涉及的簇内网络的场景示意图；

图5为本申请实施例方案涉及的簇间网络的场景示意图；

图6为本申请实施例方案涉及的第一仿真实验的示意图

图7为本申请实施例方案涉及的第二仿真实验的示意图

图8为本申请实施例方案涉及的第三仿真实验的示意图

图9为本申请实施例方案涉及的基于多目标优化的卫星路由装置的结构示意图；

图10为本申请实施例方案涉及的基于多目标优化的卫星路由设备的示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

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，都属于本申请保护的范围。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

本申请实施例的说明书和权利要求书中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述对象的特定顺序。例如，第一目标对象和第二目标对象等是用于区别不同的目标对象，而不是用于描述目标对象的特定顺序。

在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

为了更好地描述本申请的技术方案，下面结合部分现有技术对本申请的基于多目标优化的卫星路由方法进行说明：

近年来，多种路由算法被提出以应用到低轨卫星的卫星通信网络中，可以将这些路由算法分成两类，静态路由算法和动态路由算法。

静态路由算法包括：虚拟拓扑方法，其把卫星动态拓扑离散化变成一系列周期的静态虚拟拓扑，其将卫星系统周期划分为多个时间片，在每个时间片对网络拓扑进行快照，并且认为在时间片内拓扑保持不变；

虚拟节点方法，其建立由虚拟节点组成的卫星网络模型，为每个虚拟节点分配一个固定的地理坐标，在任何时刻都和一个卫星节点保持一对一的对应关系。当卫星移动时，根据虚拟节点与卫星节点的映射关系，卫星对应的虚拟节点会发生变化；

覆盖域划分方法，将地球表面按等间距划分为多个蜂窝，每个蜂窝由最近的卫星提供服务。由于地球的自转与卫星的运动，采用该策略的每个卫星需要更新网络的拓扑信息，源卫星在转发数据前，需要根据目的节点的地理坐标计算相应的目的卫星。其与虚拟节点方法本质区别在于构建虚拟网络的模式：虚拟节点策略构建的虚拟网络独立于地球的自转，与地球的地理位置无关；

需求岛式方法，需求按其地理属性进行分类，并分为自治需求岛。网络体系结构假定一个一对多的方法，需求可以与任何网关相关联。此外，分配给每个岛屿的地理区域是一个矩形。矩形图与单个服务网关的组合特性，使得路由算法复杂度较低。

在静态路由算法中，其利用卫星网络的可预测性和周期性来处理卫星路由拓扑的动态变化，并认为网络的拓扑状态在一定时间段内保持不变。然而，随着卫星星座规模的增大，在处理卫星拓扑时，计算和存储容量的需求的增加与卫星有限的计算能力之间存在冲突。虽然静态路由算法可以简化卫星路由的计算复杂性，但它是一种预先计算的离线路由算法，缺乏适应卫星网络动态的能力。

进一步地，有学者提出了动态路由算法，可以利用卫星的信息获取和处理能力来获取卫星和星间链路 (Inter-Satellite Link，ISL)的状态信息，进而利用低轨卫星网络拓扑的可预测性，引入按需路由的思想，设计了位置辅助按需路由(LAOR，Location-Assisted On-demand Routing)协议，通过最短时延确定路由路径。当网络发生故障时，路径会在链路切换周期内更新。而星间链路负载不均衡会导致卫星网络性能下降，为了保证卫星间流量的更好分配，还提出了避免卫星拥塞和丢包的显式负载均衡(ELB，ElasticLoad Balance，弹性负载均衡)方案。

在动态路由算法中，虽然其能够根据网络状态实时改变路由，适应性强，对网络拥塞等问题有较好的处理方式，但是这类方法的链路信息交互会产生较大开销，并且随着网络规模的增大，路由计算带来的运算资源开销越来越大。

作为本申请的一种实施例，本申请的实施例通过获取卫星通信网络的运行状态信息；根据所述运行状态信息，将所述卫星通信网络中的卫星分为至少两个稳定卫星分簇；对各所述稳定卫星分簇进行拓扑抽象，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图；根据所述分簇时变图，生成目标传输路径，并基于所述目标传输路径进行卫星路由。从而本申请通过将卫星通信网络中的卫星分为多个稳定的卫星分簇，由于卫星分簇的簇内链路保持稳定，而卫星分簇之间的簇间链路会动态变化，以解决卫星通信网络规模过大的问题，进而降低了进行卫星路由时导致运算资源开销过大的问题。同时由于并未采用静态路由的方式，从而可以在卫星分簇之间的簇间链路的动态变化随之适应性地进行调整进行路由的路径，保证了本申请的基于多目标优化的卫星路由方法的适应性。

参照图1，图1为本申请基于多目标优化的卫星路由方法的第一实施例的流程示意图。

如图1所示，本申请实施例提供了一种基于多目标优化的卫星路由方法，所述基于多目标优化的卫星路由方法包括以下步骤：

步骤S100，获取卫星通信网络的运行状态信息；

本实施例中，需要说明的是，所述卫星通信网络可以为由多颗低轨卫星组成的通信网络。所述运行状态信息可以包括所述卫星通信网络中卫星的运行方向、运行纬度等卫星状态以及各卫星之间星间链路的建立时间、持续时长和链路属性参数等链路状态。

步骤S200，根据所述运行状态信息，将所述卫星通信网络中的卫星分为至少两个稳定卫星分簇；

本实施例中，需要说明的是，所述稳定卫星分簇为所述卫星通信网络中星间链路稳定且可相互通信的卫星组成的卫星群。

另外，还需要说明的是，在低轨卫星网络中，根据卫星的运行方向，可以将卫星分成上升卫星和下降卫星两类，上升卫星表示朝着纬度增大的方向运行的卫星，下降卫星表示朝着纬度减小的方向运行的卫星。由于上升卫星和下降卫星之间的星间链路会不稳定，为了保证簇内卫星之间的星间链路稳定以及相对位置保持固定，因此同一稳定卫星分簇内的簇内卫星运行方向相同。

此外，还需要说明的是，卫星之间星间链路的是否可相互通信还需要考虑视距距离（Line of Sight，LOS距离）。因此，稳定卫星分簇内所有的簇内卫星均在视距距离内。

作为一种示例，可以根据所述运行方向，将所述卫星通信网络中的卫星分为上升卫星和下降卫星。然后将所述上升卫星和所述下降卫星分别按照预设视距距离进行划分得到至少两个稳定卫星分簇。其中按照预设视距距离进行划分的方式可以是根据所述预设视距距离确定对应的分割距离，所述分割距离小于所述预设视距距离，然后则可以按照所述分割距离分别对所述上升卫星和所述下降卫星进行划分，得到至少两个稳定卫星分簇。可以理解的是，生成的各所述稳定卫星分簇的所占据的区域大小可以相同的，也可以是不同的。

作为另一种示例，可以根据所述运行方向，将所述卫星通信网络中的卫星分为上升卫星和下降卫星。然后先根据所述运行纬度，将所述上升卫星划分为至少一个第一纬度分区，并将所述下降卫星划分为至少一个第二纬度分区。再将所述第一纬度分区中的卫星按照预设视距距离进行划分，获得第一卫星分簇，并将所述第二纬度分区中的卫星按照预设视距距离进行划分，获得第二卫星分簇。最后，将所述第一卫星分簇和所述第二卫星分簇作为所述卫星通信网络的稳定卫星分簇。

其中，所述运行状态信息包括所述卫星通信网络中卫星的运行方向，步骤S200中所述根据所述运行状态信息，将所述卫星通信网络中的卫星分为至少两个稳定卫星分簇的步骤，包括：

步骤S210，根据所述运行方向，将所述卫星通信网络中的卫星分为上升卫星和下降卫星；

步骤S220，基于预设视距距离，将所述上升卫星划分得到至少一个第一卫星分簇，并将所述下降卫星划分得到至少一个第二卫星分簇；

步骤S230，将所述第一卫星分簇和所述第二卫星分簇作为所述卫星通信网络的稳定卫星分簇。

本实施例中，需要说明的是，所述运行状态信息包括所述卫星通信网络中卫星的运行方向。在低轨卫星网络中，运行方向相同的不同轨道上的卫星之间的距离，会随着卫星所处的运行纬度增大而减小。

示例性地，本实施例通过根据所述运行方向，将所述卫星通信网络中的卫星分为上升卫星和下降卫星。由于低轨卫星网络处于动态变化中，因此卫星之间的距离也在不断变化，因此本实施例根据上升卫星和下降卫星所处的运行纬度不同，将其划分成不同大小的卫星分簇。可以根据所述上升卫星的运行纬度，将所述上升卫星按照预设视距距离划分得到至少一个第一卫星分簇，并将所述下降卫星按照预设视距距离划分得到至少一个第二卫星分簇。

参照图2，图2为本申请实施例方案涉及的预设视距距离的场景示意图。图2表示在轨道高度为h的星座中，卫星S1和卫星S2之间的星间链路的连线刚好与地球表面相切时的情形。若卫星S1和卫星S2分别与地心连线之间的夹角大于α，则表示卫星S1和卫星S2不在视线范围内，则卫星S1和卫星S2之间的视距距离d表示为∞，其中，夹角α可以用采用以下公式计算：

；

其中，α为卫星与地心连线之间的夹角，R为地球半径，h为轨道高度。

此外，考虑到星间链路穿过大气层并且会被地表障碍影响，为了保障星间链路的通信质量，因此夹角α的还可以采用以下计算公式计算：

；

其中，τ取值为10km~20km，在τ取10km，轨道高度h为550km时，夹角α可以算出为45.8°。

由此，可以基于预设视距距离，将所述上升卫星划分得到至少一个第一卫星分簇，并将所述下降卫星划分得到至少一个第二卫星分簇，进而将所述第一卫星分簇和所述第二卫星分簇作为所述卫星通信网络的稳定卫星分簇。

其中，所述运行状态信息还包括所述卫星通信网络中卫星的运行纬度，所述基于预设视距距离，将所述上升卫星划分得到至少一个第一卫星分簇，并将所述下降卫星划分得到至少一个第二卫星分簇的步骤，包括：

步骤S221，根据所述运行纬度，将所述上升卫星划分为至少一个第一纬度分区；

步骤S222，将所述第一纬度分区中的卫星按照预设视距距离进行划分，获得第一卫星分簇；

步骤S223，根据所述运行纬度，将所述下降卫星划分为至少一个第二纬度分区；

步骤S224，将所述第二纬度分区中的卫星按照预设视距距离进行划分，获得第二卫星分簇。

本实施例中，可以根据所述运行纬度和预设纬度类型，将所述上升卫星划分为至少一个第一纬度分区。其中所述预设纬度类型为预先设置对所述运行纬度的范围进行划分的类型。作为一种示例，所述预设纬度类型可以包括三种纬度类型，分别是0°至第一纬度限值的第一纬度类型，第一纬度限值至第二纬度限值的第二纬度类型，以及第二纬度限值至90°的第三纬度类型，即纬度在[0°，lat1)、[lat1，lat2)和[lat2，90°]，其中第一纬度限值lat1和第二纬度限值lat2的取值可根据所述卫星通信网络的星座构型来确定。此外，还需要说明的是，所述第一纬度分区内每一个第一卫星分簇的大小相同，所述第二纬度分区内每一个第二卫星分簇的大小也是相同。但是不同第一纬度分区内的第一卫星分簇的大小可能不同，不同第二纬度分区内的第二卫星分簇的大小也可能不同。

示例性地，对于所述第一纬度分区为第一纬度类型[0°，lat1)的卫星而言，在将所述第一纬度分区中的卫星按照预设视距距离进行划分时，为了保证在第一卫星分簇内的卫星在任何时刻都有其他卫星与其通信。因此，可以获取所述第一纬度分区中的第一端点卫星（即第一纬度分区中最边缘的卫星）运行到对应的预设纬度类型对应的端点值时，根据所述预设视距距离，确定对应的第一卫星分簇。示例性地，可以将所述预设视距距离内的所有卫星作为一个第一卫星分簇，或者是将预设分割距离内的所有卫星作为一个第一卫星分簇，其中所述预设分割距离小于所述预设视距距离，以留有一定余量保证第一卫星分簇内的卫星保持星间链接的稳定。进而将所述第一纬度分区中预设指定方位（如东方、西方）上最靠近所述第一卫星分簇的卫星作为新的第一端点卫星再次按照预设视距距离进行划分，得到另一个第一卫星分簇，直至所述第一纬度分区中的卫星全部划分完毕。

类似地，对于所述第二纬度分区为第二纬度类型[0°，lat1)的卫星而言，在将所述第二纬度分区中的卫星按照预设视距距离进行划分时，为了保证在第二卫星分簇内的卫星在任何时刻都有其他卫星与其通信。因此，可以获取所述第二纬度分区中的第二端点卫星（即第二纬度分区中最边缘的卫星）运行到对应的预设纬度类型对应的端点值时，根据所述预设视距距离，确定对应的第二卫星分簇。示例性地，可以将所述预设视距距离内的所有卫星作为一个第二卫星分簇，或者是将预设分割距离内的所有卫星作为一个第二卫星分簇，其中所述预设分割距离小于所述预设视距距离，以留有一定余量保证第二卫星分簇内的卫星保持星间链接的稳定。进而将所述第二纬度分区中预设指定方位（如东方、西方）上最靠近所述第二卫星分簇的卫星作为新的第二端点卫星再次按照预设视距距离进行划分，得到另一个第二卫星分簇，直至所述第二纬度分区中的卫星全部划分完毕。

以所述预设纬度类型包括[0°，lat1)、[lat1，lat2)和[lat2，90°]三种纬度类型为例，所述第一纬度分区为第一纬度类型时，可以获取所述第一纬度分区中的端点卫星运行到0°时，所述第一纬度分区中的第一端点卫星在预设视距距离内的第一最远卫星，从而根据所述第一端点卫星至所述第一最远卫星之间的卫星确定对应的第一卫星分簇的大小，（即可以将所述端点卫星至所述最远卫星之间的所有卫星作为一个第一卫星分簇）。类似地，所述第二纬度分区为第二纬度类型时，可以获取所述第二纬度分区中的第二端点卫星运行到0°时，所述第二纬度分区中的端点卫星在预设视距距离内的第二最远卫星，从而根据所述第二端点卫星至所述第二最远卫星之间的卫星，确定对应的第二卫星分簇的大小，（即可以将所述端点卫星至所述最远卫星之间的所有卫星作为一个第二卫星分簇）。

同理，所述第一纬度分区为第二纬度类型[lat1，lat2)或第三纬度类型[lat2，90°)时，可以根据预设视距距离确定第一端点卫星运行到lat1或lat2在预设视距距离内的第一最远卫星，从而根据所述第一端点卫星和第二最远卫星确定对应的第一卫星分簇。所述第二纬度分区为第二纬度类型[lat1，lat2)或第三纬度类型[lat2,90°)时，可以根据预设视距距离确定第二端点卫星运行到lat1或lat2在预设视距距离内的第二最远卫星，从而根据所述第二端点卫星和第二最远卫星确定对应的第二卫星分簇。

此外，还可以选取每个稳定卫星分簇的中心卫星作为簇头卫星。

以轨道为72，每个轨道有22颗卫星、星座高度为550km、轨道倾角为53°、相位因子为1的walker星座作为卫星通信网络为例，由于卫星只在北纬60°~南纬60°飞行，因此所述预设纬度类型包括[0°，lat1)和[lat1，60°]两种纬度类型。由于同轨道内的卫星之间的距离变化不大，因此，对于这两种情况，可求出端点卫星在同轨道上预设视距距离内的距离最远的最远卫星，均为间隔1个卫星。而不同轨道卫星之间的距离会动态变化，在纬度分区（即第一纬度分区或第二纬度分区）为[0°，lat1)时，可以求出对应的端点卫星（即对应的第一端点卫星或第二端点卫星）在0°时，端点卫星最远可与相隔7个轨道面的卫星进行通信，因此该纬度分区内稳定卫星分簇的大小为8*2。在纬度分区为[lat1，60°]时，为了使该纬度分区内的稳定卫星分簇的大小相同，可求出在lat1为40°时，该端点卫星最远可与相隔11个轨道面的卫星进行通信，因此该纬度分区内稳定卫星分簇的大小为12*2。所述预设纬度类型包括[0°，40°)和[40°，60°]两种纬度类型。

步骤S300，对各所述稳定卫星分簇进行拓扑抽象，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图；

本实施例中，需要说明的是，所述拓扑抽象为将各所述稳定卫星分簇中的卫星通过拓扑的方式以对所述卫星通信网络进行抽象的方式。

示例性地，所述稳定卫星分簇可以包括一个簇头卫星和至少一个簇内卫星。然后则可以将所述稳定卫星分簇中簇头卫星和簇内卫星作为簇内节点，并根据所述簇内节点之间的星间链路进行连接，生成簇内网络，然后再将各所述稳定卫星分簇中簇头卫星作为簇间节点，并根据所述簇间节点之间的星间链路进行连接，生成时变簇间网络。最后将所述簇内网络和所述时变簇间网络进行拼接，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图。

此外，可以理解的是，本实施例中可以先进行拓扑抽象再进行分簇。作为一种示例，步骤S200至步骤S300可以为：将所述卫星通信网络进行拓扑抽象，获得对应的网络时变图；根据所述运行状态信息对所述网络时变图进行划分，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图，其中所述分簇时变图包括至少两个稳定卫星分簇。

其中，所述稳定卫星分簇包括簇头卫星和簇内卫星，步骤S300中所述对各所述稳定卫星分簇进行拓扑抽象，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图的步骤，包括：

步骤S310，将所述稳定卫星分簇中簇头卫星和簇内卫星作为簇内节点，并根据所述簇内节点之间的星间链路进行连接，生成簇内网络；

步骤S330，将各所述稳定卫星分簇中簇头卫星作为簇间节点，并根据所述簇间节点之间的星间链路进行连接，生成时变簇间网络；

步骤S330，将所述簇内网络和所述时变簇间网络进行拼接，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图。

本实施例中，需要说明的是，所述稳定卫星分簇包括簇头卫星和簇内卫星作为簇内节点。所述簇内节点中每个簇内卫星最多有4条星间链路，所述簇内卫星是分别与同一轨道的2个相邻的簇内卫星和2个相邻轨道上的簇内卫星建立星间链路。簇头卫星除了与簇内卫星建立的星间链路外，还会与其他的稳定卫星分簇的簇头卫星建立的星间链路进行通信。可以理解的是，稳定卫星分簇的簇头卫星最多有8条星间链路，包括4条簇内星间链路用于与簇内卫星进行连接，还有最多4条簇间星间链路，所述簇头卫星是分别与同一轨道的2个相邻的稳定卫星分簇的簇头卫星，以及2个相邻轨道上的稳定卫星分簇的簇头卫星建立星间链路。

作为一种示例，以由M个轨道平面，每个轨道平面有N颗卫星组成的地轨卫星网络作为本实施例的卫星通信网络，将所述卫星通信网络进行分簇和拓扑抽象后获得一个分簇时变图，其中/>表示卫星通信网络中卫星节点的集合，/>表示各卫星节点之间的星间链路，/>会随时间变化，可记作为/>，其中星间链路/>，/>表示星间链路的建立时间，/>表示星间链路的持续时长，/>表示链路属性参数，所述链路属性参数为目标业务类型对应的属性参数，其中所述目标业务类型为预先设置需要进行优化的属性参数，如时延、吞吐量等。而各所述稳定卫星分簇中的簇头卫星之间的星间链路是不稳定的。因此簇头卫星之间的星间链路/>中的建立时间/>和持续时长/>随时间变化。可以理解的是，稳定卫星分簇中的簇内卫星之间的星间链路是稳定的连续的链路，因此可以将簇内卫星之间的星间链路/>中的建立时间/>和持续时长/>都不变，建立时间/>为参考时间，持续时长/>则可以看作/>。

从而本实施例通过将所述稳定卫星分簇中簇头卫星和簇内卫星作为簇内节点，并根据所述簇内节点之间的星间链路进行连接，生成簇内网络。并将各所述稳定卫星分簇中簇头卫星作为簇间节点，并根据所述簇间节点之间的星间链路进行连接，生成时变簇间网络。然后将所述簇内网络和所述时变簇间网络进行拼接，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图。

步骤S400，根据所述分簇时变图，生成目标传输路径，并基于所述目标传输路径进行卫星路由。

本实施例中可以接收用户的卫星路由指令，其中所述卫星路由指令包括起始卫星节点和目标卫星节点，所述起始卫星节点和所述目标卫星节点为所述分簇时变图中的卫星节点。进而响应于所述卫星路由指令，根据所述分簇时变图，生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径。然后基于所述目标传输路径进行卫星路由。

作为一种示例，在所述起始卫星节点和所述目标卫星节点处于所述分簇时变图中的同一稳定卫星分簇时，则可以对所述起始卫星节点和所述目标卫星节点所处的稳定卫星分簇从所述起始卫星节点至所述目标卫星节点进行路径遍历，得到所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的第一最短路径，并将所述第一最短路径作为所述目标传输路径。

作为另一个示例，在所述起始卫星节点和所述目标卫星节点不处于所述分簇时变图中的同一稳定卫星分簇时，则可以获取所述起始卫星节点所处的稳定卫星分簇内的起始簇头卫星，以及所述目标卫星节点所处的稳定卫星分簇内的目标簇头卫星。在所述起始卫星节点所处的稳定卫星分簇内从所述起始卫星节点遍历至所述起始簇头卫星，获得第一最短簇内路径；在所述分簇时变图的簇间网络内从所述起始簇头卫星遍历至所述目标簇头卫星，获得第一最短簇间路径；在所述目标卫星节点所处的稳定卫星分簇内从所述目标簇头卫星遍历至所述目标卫星节点，获得第二最短簇内路径。将所述第一最短簇内路径、第一最短簇间路径和所述第二最短簇内路径依次拼接后，获得所述目标传输路径。

作为另一种示例，获取所述分簇时变图中各卫星节点之间对应的各星链属性参数，其中各所述星链属性参数包括目标业务类型对应的属性参数，如端对端时延、数据处理能力等。进而根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数为优化目标，生成目标传输路径，并基于所述目标传输路径进行卫星路由。从而可以根据目标业务类型的不同，根据所述分簇时变图和各所述星链属性参数，适应性地生成对应的目标传输路径。例如，根据目标业务类型的不同为各星链属性参数赋予不同的权重，或者将所述分簇时变图和各所述星链属性参数输入对应目标业务类型的神经网络模型，获得对应的目标传输路径。

在本申请一实施例中提供了一种基于多目标优化的卫星路由方法，通过获取卫星通信网络的运行状态信息；根据所述运行状态信息，将所述卫星通信网络中的卫星分为至少两个稳定卫星分簇；对各所述稳定卫星分簇进行拓扑抽象，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图；根据所述分簇时变图，生成目标传输路径，并基于所述目标传输路径进行卫星路由。从而本申请通过将卫星通信网络中的卫星分为多个稳定的卫星分簇，由于卫星分簇的簇内链路保持稳定，而卫星分簇之间的簇间链路会动态变化，以解决卫星通信网络规模过大的问题，进而降低了进行卫星路由时导致运算资源开销过大的问题。同时由于并未采用静态路由的方式，从而可以在卫星分簇之间的簇间链路的动态变化随之适应性地进行调整进行路由的路径，保证了本申请的基于多目标优化的卫星路由方法的适应性。

参照图3，图3为本申请基于多目标优化的卫星路由方法的第二实施例的流程示意图。

如图3所示，本申请第二实施例提供了一种基于多目标优化的卫星路由方法，步骤S400中所述根据所述分簇时变图，生成目标传输路径，并基于所述目标传输路径进行卫星路由的步骤，包括：

步骤A10，响应于卫星路由指令，获取所述分簇时变图中各卫星节点之间对应的各星链属性参数，其中所述卫星路由指令包括起始卫星节点和目标卫星节点；

步骤A20，根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径；

步骤A30，根据所述目标传输路径，控制所述卫星通信网络进行所述卫星路由指令对应的卫星路由操作。

本实施例中，可以理解的是，所述卫星路由指令包括起始卫星节点和目标卫星节点，所述起始卫星节点和所述目标卫星节点为所述分簇时变图中的卫星节点。各所述星链属性参数包括目标业务类型对应的属性参数，如端对端时延、数据处理能力等。其中，所述端到端时延包括传播时延、传输时延和排队时延。所述端到端时延可以用以下公式表示：

其中，t为端到端时延，d表示卫星节点之间的传输距离，c表示光速，p表示传输的数据包大小，表示卫星节点的缓存队列大小，r表示传输速率。在目标业务类型为低时延业务时，应该使所述目标传输路径的端到端时延尽可能小。但是可以理解的是，为了保障数据传输的正常进行，也需要考虑数据处理能力这一星链属性参数。

所述数据处理能力通过卫星节点的缓存大小来定义。由于在数据传输过程中，节点的缓存队列大小处于动态变化中，可采取与大多数关于网络负载工作一样的方法，采用M/M/1排队模型来捕获卫星上的数据，此排队模型表示的是数据到达节点的概率服从泊松分布，节点处理数据服从指数分布。所述数据处理能力可以用以下公式表示：

其中，表示数据进入卫星节点的进入速率，/>为数据离开卫星节点的离开速率，表示卫星节点的缓存队列大小，/>表示卫星节点的缓存上限。所述数据处理能力与下一跳的卫星节点的可用缓存有关，其中进入速率ρ可根据卫星节点的地理位置调整。在目标业务类型为高吞吐量业务时，应该使所述目标传输路径的吞吐量尽可能大。但是可以理解的是，为了保障数据传输的正常进行，也需要考虑端到端时延这一星链属性参数。

此外，考虑到链路带宽大小，由于对于不同的业务，所需的带宽也会不同，选取的星间链路的剩余带宽应该大于QoS（Quality of Service，服务质量）要求的最小带宽。

示例性地，各所述星链属性参数包括端对端时延和数据处理能力。将分簇时变图中的各个边（及星间链接）的链路属性参数设置为(端到端时延 (t)，数据处理能力(a))。在对链路属性参数进行扩展时，时延属性参数（t）直接将路径的时延属性参数（t）相加，而数据处理能力在进行扩展时则将数据处理能力值（a）进行比较选取最小值。如链路属性参数对应的时延-数据处理能力属性集/>与/>的扩展属性集是。预设属性一致性表示两条星间链路的链路属性参数进行扩展得到的扩展属性集相对偏好，不会在被第三条星间链路的链路属性参数进行扩展时发生变化。示例性地，预设属性一致性指的是有两条星间链路的扩展属性集分别为/>和/>，若优于（或劣于）/>，那么一定会有在被第三条星间链路的链路属性参数扩展时，扩展属性集/>仍然优于（或劣于）扩展属性集。

如果星间链路的扩展属性集不满足预设属性一致性，将可能会选取不到最优星间链路的扩展属性集，即最优的目标输出路径。例如当星间链路的扩展属性集与进行比较时，若/>或者/>时，则/>优于/>，则在被第三条星间链路的链路属性参数扩展时，链路属性的相对偏好可能会发生改变，如/>时，优于/>，若/>时，有第三条星间链路的链路属性参数/>满足，则/>的扩展属性集为/>，/>的扩展属性集为/>，可知扩展后的扩展属性集/>优于。可以看出在被第三条星间链路的链路属性参数扩展前，扩展属性集/>优于/>，在路由计算时，扩展属性集/>所在的路径会被删除，而去选取星间链路的链路属性参数/>所在的路径，但是在被第三条星间链路的链路属性参数扩展后，扩展属性集/>和/>的相对偏好发生了变化，这样在路由计算中将扩展属性集所扩展的路径丢失了，即这种方法在计算目标传输路径时可能会将最优路径丢失。

因此，为了满足预设属性一致性，根据所述分簇时变图和各所述星链属性参数进行路由计算，得到扩展属性集。并对所述扩展属性集进行比较时，需要同时比较两个所述扩展属性集，只有当扩展属性集中的两个链路属性参数都优于另一扩展属性集中的两个链路属性参数/>时，即/>时，扩展属性集/>才被称为更优的属性，而在其他的情况均认为两个扩展属性集无法比较，在路由计算时两个扩展属性集均被保留，这样在扩展时链路属性之间的相对偏好不会被改变。

作为一种示例，根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标进行路由计算时，以起始卫星节点为起点进行扩展，获得第一扩展属性集和第二扩展属性集。判断第一扩展属性集是否优于第二扩展属性集。若第一扩展属性集优于第二扩展属性集，则保留所述第一扩展属性集，并以所述第一扩展属性集为起点进行扩展，得到新的第一扩展属性集和新的第二扩展属性集，并执行步骤：判断第一扩展属性集是否优于第二扩展属性集。因此对于任意第三个卫星节点的链路属性参数，扩展后得到的第三扩展属性集优于第四扩展属性集/>，因为第一扩展属性集/>优于第二扩展属性集/>意味着/>，则/>；如果/>，则，/>，如果/>，则/>。由此，两种情况下，第一扩展属性集/>扩展得到的第三扩展属性集都优于第二扩展属性集/>扩展得到的第四扩展属性集的属性。若第二扩展属性集优于第一扩展属性集，则保留所述第二扩展属性集，并以所述第二扩展属性集为起点进行扩展，得到新的第一扩展属性集和新的第二扩展属性集，并执行步骤：判断第一扩展属性集是否优于第二扩展属性集。若所述第一扩展属性集不优所述于第二扩展属性集，且所述第二扩展属性集不优所述于第一扩展属性集，则分别以所述第一扩展属性集和所述第二扩展属性集为起点进行扩展，得到新的第一扩展属性集和新的第二扩展属性集，并执行步骤：判断第一扩展属性集是否优于第二扩展属性集。直至扩展至所述目标卫星节点，得到新的第一扩展属性集和新的第二扩展属性集，并执行步骤：判断第一扩展属性集是否优于第二扩展属性集。若第一扩展属性集优于第二扩展属性集，则将第一扩展属性集对应的星间链路作为主导路径。若第二扩展属性集优于第一扩展属性集，则将第二扩展属性集对应的星间链路作为主导路径。若所述第一扩展属性集不优所述于第二扩展属性集，且所述第二扩展属性集不优所述于第一扩展属性集，则将第一扩展属性集和第二扩展属性集对应的星间链路分别作为不同的主导路径。然后可以将至少一条所述主导路径作为目标传输路径，从而根据所述目标传输路径，控制所述卫星通信网络进行所述卫星路由指令对应的卫星路由操作，以实现基于多目标优化的卫星路由。

其中，步骤A20中所述根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径的步骤，包括：

步骤B10，在所述起始卫星节点和所述目标卫星节点位于所述分簇时变图中同一稳定卫星分簇内时，根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的至少一条主导路径；

步骤B20，将所述主导路径作为所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径。

参见图4，图4为本申请实施例方案涉及的簇内网络的场景示意图。图4中为星间链路的建立时间ts=0时的簇内网络，簇内网络包括簇内节点S11、簇内节点S12、簇内节点S21、簇内节点S22、簇内节点S31、簇内节点S32。簇内节点之间的连线表示簇内节点之间的星间链路，该连线旁边括号内的数值为链路属性参数（星间链路的建立时间ts，星间链路的持续时长td，端到端时延t，数据处理能力a）。示例性地，起始卫星节点为簇内节点S11，目标卫星节点为簇内节点S32，首先可以根据所述分簇时变图和各所述星链属性参数，计算簇内节点S11到相邻的簇内节点S12和簇内节点S21的路径，得到扩展属性集(60，12)和(90，10)。再计算簇内节点S12到相邻的簇内节点S22的路径。其中簇内节点S12到簇内节点S22路径为：S11-S12-S22和S11-S21-S22，扩展属性集分别为(135，10) = (90+45，min(10，13))、(145，12) = (60+85，min(12，13))，比较两个扩展属性集1350<1450，10<12，因此两个扩展属性集对应的星间链路都保留作为主导路径。然后计算簇内节点S21到相邻的簇内节点S22和簇内节点S31的路径。簇内节点S21到簇内节点S22的路径没有发生变化。簇内节点S21到簇内节点S31的路径：S11-S21-S31的扩展属性集(110，10) = (60+500，min(12，10))。再计算簇内节点S31到相邻的簇内节点S32的路径，S11-S12-S22-S32和S11-S21-S22-S32的扩展属性集分别为(183，9) = (135+480，min(10，9)、(193，9) = (145+48，min(10，9))，可以看出S11-S12-S22-S32作为主导路径。此时，再继续计算簇内节点S32到相邻的簇内节点的路径时，得出的扩展属性集不会发生变化。即此时得到了簇内节点S11到簇内节点S32的主导路径。由于该主导路径对应的扩展属性集中端到端时延最短，数据处理能力最强（即吞吐量最大），因此可以将该主导路径作为将所述目标主导路径作为所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径。进一步地，在存在至少两条主导路径时，还可以根据目标业务类型的不同对扩展属性集对应的主导道路进行选取。示例性地，所述目标业务类型为低时延型业务时，将所述主导道路中端到端时延属性较低的路径作为所述目标业务类型对应的主导道路。所述目标业务类型为高吞吐量型业务时，将所述主导道路中数据处理能力属性较高的路径作为所述目标业务类型对应的主导道路。

其中，步骤A20中所述根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径的步骤，还包括：

步骤C10，在所述起始卫星节点和所述目标卫星节点不位于所述分簇时变图中同一稳定卫星分簇内时，获取所述起始卫星节点所处的稳定卫星分簇内的起始簇头卫星，以及所述目标卫星节点所处的稳定卫星分簇内的目标簇头卫星；

步骤C20，根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述起始簇头卫星的第一主导路径，所述起始簇头卫星至所述目标簇头卫星的第二主导路径，以及所述目标簇头卫星至所述目标卫星节点的第三主导路径；

步骤C30，将所述第一主导路径、所述第二主导路径和所述第三主导路径依次连接，生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径。

本实施例中，需要说明的是，所述分簇时变图中不同稳定卫星分簇之间通过所述稳定卫星分簇的簇头卫星的星间链路进行通信。

参见图5，图5为本申请实施例方案涉及的簇间网络的场景示意图。图5中为星间链路的建立时间ts=0时的簇间网络，簇间网络包括簇头卫星C11、簇头卫星C12、簇头卫星C13、簇头卫星C14、簇头卫星C15、簇头卫星C16、簇头卫星C17、簇头卫星C18、簇头卫星C19、簇头卫星C20。簇头卫星之间的连线表示簇头卫星之间的星间链路，该连线旁边括号内的数值为链路属性参数（星间链路的建立时间ts，星间链路的持续时长td）。簇头卫星会选择四个不同方位的距离最近的最近簇头卫星作为候选的下一跳卫星节点，即可与这四个最近簇头卫星建立链路，而由于簇间的星间链路不稳定，因此可以根据所述链路属性参数，判断所述簇头卫星之间的星间链路是否短时稳定。示例性地，若所述簇头卫星的数据输出时刻ts和数据传输时长t1之和小于建立时间ts与持续时长td之和（ts+t1<ts+td），则可以判定所述簇头卫星之间的星间链路短时稳定，并执行步骤：在所述起始卫星节点和所述目标卫星节点不位于所述分簇时变图中同一稳定卫星分簇内时，获取所述起始卫星节点所处的稳定卫星分簇内的起始簇头卫星，以及所述目标卫星节点所处的稳定卫星分簇内的目标簇头卫星。

作为一种示例，起始卫星节点s到目标卫星节点d的之间的基于多目标优化的卫星路由，分为三种情况（以下用CHs表示起始卫星节点s所在稳定卫星分簇的簇头卫星，CHd表示目标卫星节点d所在稳定卫星分簇的簇头卫星）：

若起始卫星节点s和目标卫星节点d在同一稳定卫星分簇内，则根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点s至所述目标卫星节点d的目标传输路径。

若起始卫星节点s和目标卫星节点d不在同一稳定卫星分簇内，且目标卫星节点d是簇头卫星，则根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至簇头卫星CHs的第一路径，以及簇头卫星CHs至目标卫星节点d的第二路径；对第一路径和第二路径进行拼接得到所述起始卫星节点s至所述目标卫星节点d的目标传输路径。

若起始卫星节点s和目标卫星节点d不在同一稳定卫星分簇内，且目标卫星节点d不是簇头卫星，则根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至簇头卫星CHs的第三路径，以及簇头卫星CHs至簇头卫星CHd的第四路径，以及簇头卫星CHd至目标卫星节点d的第五路径；对第三路径、第四路径和第五路径进行拼接得到所述起始卫星节点s至所述目标卫星节点d的目标传输路径。

本发明第二实施例中，通过响应于卫星路由指令，获取所述分簇时变图中各卫星节点之间对应的各星链属性参数，其中所述卫星路由指令包括起始卫星节点和目标卫星节点；根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径；根据所述目标传输路径，控制所述卫星通信网络进行所述卫星路由指令对应的卫星路由操作。从而通过预设属性一致性保证了在进行路由计算对各所述星链属性参数进行扩展生成扩展属性集的过程中，能够获得最优的扩展属性集，进而确定对应最佳的路径作为所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径。并且通过多种星链属性参数的比较，提高了对于不同业务类型的适应性。

此外，为了说明本申请实施例的效果，本申请中还设计了相应的仿真实验。首先部署了一个倾斜圆轨道星座（walker星座），倾斜圆轨道星座的卫星运行轨道高度相同，与赤道平面的夹角也相同，轨道面的升交点在赤道面内均匀分布，卫星在每个轨道内均匀分布，倾斜圆轨道星座可以用一个三元参数组完整描述，分别为 T/P/F。其中，T为星座网络中的卫星总数；P为轨道平面数量；F为相位因子，取值为[0，P -1]，确定相邻轨道面卫星间的相位差。本申请中仿真实验的仿真参数参照以下表1。

表1 仿真参数

将T/P/F分别设置为1584/22/1。其他主要仿真参数如表1所示，由于每个稳定卫星分簇的卫星节点在传输数据给其他稳定卫星分簇时，都会经过该稳定卫星分簇的簇头卫星，因此将所述簇头卫星的缓存大小设置为所处稳定卫星分簇中卫星节点缓存大小的倍，/>可取所处稳定卫星分簇内最大卫星节点数量大小，以减小在簇头卫星中发生拥塞的风险。本申请中根据这些仿真参数的设置，选取了5条路径进行仿真。

通过从平均端到端时延、分组投递率和系统吞吐量三个方面对路由方法的主导路径进行了比较，所选取的主导路径分别为：

（1）时延敏感型（Delay-Sensitive，DS）：时延敏感型业务对应的传输路径（即低时延业务）；

（2）高吞吐量型（Throughput-Sensitive，TS）：高吞吐量业务对应的路径；

（3）基于分簇时变图的最短距离算法（Clustering Shortest Path First, CSPF）计算出来的路径进行比较。

参照图6，图6为本申请实施例方案涉及的第一仿真实验的示意图。图5中，横轴为数据生成速率，纵轴为平均端到端时延。图5展示了平均端到端时延与数据生成速率之间的关系，平均端到端时延随着数据生成速率（即网络负载）的增大而增大。可以从图中看出，DS路径时延最小，在应对低延时业务的表现符合预期优化的结果。CSPF路径与TS路径相比，CSPF路径只考虑了传输距离，未考虑到节点缓存，即只考虑了传播时延未考虑排队时延，TS路径为使数据处理能力最大而寻找传输距离较远的路径，因此传播时延较大、排队时延较小，CSPF路径与TS路径相比，其时延大小与网络的拥塞程度有关，在本次仿真中，排队时延影响更大，CSPF路径时延更大。

参照图7，图7为本申请实施例方案涉及的第二仿真实验的示意图。图6中，横轴为数据生成速率，纵轴为分组投递率。图6展示了分组投递率与数据生成速率之间的关系。分组投递率降低的主要原因是随着数据生成速率的增大，卫星的缓存队列逐渐被占用，越来越多的分组不能够被及时处理，造成丢包率的增加。为了尽量避免这种情况的发生，应选择数据处理能力大的路径传输数据。图7的仿真结果证明了这一点，TS路径的分组投递率最高，其选择数据处理能力大的路径减小了数据包丢失的概率，在应对分组投递业务的表现符合预期优化的结果。而CSPF路径投递率最低，因为其没有考虑到路径上各卫星的缓存区大小。

参照图8，图8为本申请实施例方案涉及的第三仿真实验的示意图。图8中，横轴为数据生成速率，纵轴为卫星通信网络的吞吐量。图3展示了吞吐量与数据生成速率之间的关系，吞吐量随着生成速率的增加而增加。从图8中可以看出由于TS路径考虑网络流量负载对路径选择的影响，其可以缓解随着网络负载增大所带来的缓冲区溢出问题，因此TS路径吞吐量最大，在应对高吞吐量业务的表现符合预期优化的结果。其次是DS路径，其在优化时延时考虑到排队时延即节点缓存大小，所以吞吐量比CSPF路径高。

参见图9，图9为本申请实施例方案涉及的基于多目标优化的卫星路由装置的结构示意图。如图9所示，本申请实施例提供一种基于多目标优化的卫星路由装置，所述基于多目标优化的卫星路由装置包括：

获取模块10，用于获取卫星通信网络的运行状态信息；

分簇模块20，用于根据所述运行状态信息，将所述卫星通信网络中的卫星分为至少两个稳定卫星分簇；

拓扑模块30，用于对各所述稳定卫星分簇进行拓扑抽象，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图；

路由模块40，用于根据所述分簇时变图，生成目标传输路径，并基于所述目标传输路径进行卫星路由。

可选地，所述运行状态信息包括所述卫星通信网络中卫星的运行方向，分簇模块20，还用于：

根据所述运行方向，将所述卫星通信网络中的卫星分为上升卫星和下降卫星；

基于预设视距距离，将所述上升卫星划分得到至少一个第一卫星分簇，并将所述下降卫星划分得到至少一个第二卫星分簇；

将所述第一卫星分簇和所述第二卫星分簇作为所述卫星通信网络的稳定卫星分簇。

可选地，所述运行状态信息还包括所述卫星通信网络中卫星的运行纬度，分簇模块20，还用于：

根据所述运行纬度，将所述上升卫星划分为至少一个第一纬度分区；

将所述第一纬度分区中的卫星按照预设视距距离进行划分，获得第一卫星分簇；

根据所述运行纬度，将所述下降卫星划分为至少一个第二纬度分区；

将所述第二纬度分区中的卫星按照预设视距距离进行划分，获得第二卫星分簇。

可选地，拓扑模块30，还用于：

将所述稳定卫星分簇中簇头卫星和簇内卫星作为簇内节点，并根据所述簇内节点之间的星间链路进行连接，生成簇内网络；

将各所述稳定卫星分簇中簇头卫星作为簇间节点，并根据所述簇间节点之间的星间链路进行连接，生成时变簇间网络；

将所述簇内网络和所述时变簇间网络进行拼接，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图。

可选地，路由模块40，还用于：

响应于卫星路由指令，获取所述分簇时变图中各卫星节点之间对应的各星链属性参数，其中所述卫星路由指令包括起始卫星节点和目标卫星节点；

根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径；

根据所述目标传输路径，控制所述卫星通信网络进行所述卫星路由指令对应的卫星路由操作。

可选地，路由模块40，还用于：

在所述起始卫星节点和所述目标卫星节点位于所述分簇时变图中同一稳定卫星分簇内时，根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的至少一条主导路径；

将所述主导路径作为所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径。

可选地，路由模块40，还用于：

在所述起始卫星节点和所述目标卫星节点不位于所述分簇时变图中同一稳定卫星分簇内时，获取所述起始卫星节点所处的稳定卫星分簇内的起始簇头卫星，以及所述目标卫星节点所处的稳定卫星分簇内的目标簇头卫星；

根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述起始簇头卫星的第一主导路径，所述起始簇头卫星至所述目标簇头卫星的第二主导路径，以及所述目标簇头卫星至所述目标卫星节点的第三主导路径；

将所述第一主导路径、所述第二主导路径和所述第三主导路径依次连接，生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径。

如图10所示，图10为本申请实施例方案涉及的基于多目标优化的卫星路由设备的结构示意图。

示例性地，所述基于多目标优化的卫星路由设备可以是低轨卫星、PC（PersonalComputer，个人计算机）、平板电脑、便携式计算机或者服务器等设备。

如图10所示，所述基于多目标优化的卫星路由设备可以包括：处理器1001，例如CPU，通信总线1002，用户接口1003，网络接口1004，存储器1005。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏（Display）、输入单元比如触摸屏或键盘（Keyboard），可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如Wi-Fi接口）。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是非易失性存储器（Non-Volatile Memory），例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。

本领域技术人员可以理解，图10中示出的设备结构并不构成对所述基于多目标优化的卫星路由设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

如图10所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及基于多目标优化的卫星路由应用程序。

在图10所示的设备中，处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的基于多目标优化的卫星路由应用程序，并执行如上各实施例中基于多目标优化的卫星路由方法的操作。

此外，本申请实施例还提出一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述实施例提供的基于多目标优化的卫星路由方法中的操作，具体步骤此处不再过多赘述。

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/操作/对象与另一个实体/操作/对象区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体/操作/对象之间存在任何这种实际的关系或者顺序；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、物品或者系统不仅包括那些要素，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、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。

对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的。可以根据实际的需要选择中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献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如上所述的一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，车辆，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的基于多目标优化的卫星路由方法。

以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于多目标优化的卫星路由方法，其特征在于，所述基于多目标优化的卫星路由方法包括以下步骤：

获取卫星通信网络的运行状态信息；

根据所述运行状态信息，将所述卫星通信网络中的卫星分为至少两个稳定卫星分簇；

对各所述稳定卫星分簇进行拓扑抽象，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图；

根据所述分簇时变图，生成目标传输路径，并基于所述目标传输路径进行卫星路由。

2.如权利要求1所述的基于多目标优化的卫星路由方法，其特征在于，所述运行状态信息包括所述卫星通信网络中卫星的运行方向，所述根据所述运行状态信息，将所述卫星通信网络中的卫星分为至少两个稳定卫星分簇的步骤，包括：

根据所述运行方向，将所述卫星通信网络中的卫星分为上升卫星和下降卫星；

基于预设视距距离，将所述上升卫星划分得到至少一个第一卫星分簇，并将所述下降卫星划分得到至少一个第二卫星分簇；

将所述第一卫星分簇和所述第二卫星分簇作为所述卫星通信网络的稳定卫星分簇。

3.如权利要求2所述的基于多目标优化的卫星路由方法，其特征在于，所述运行状态信息还包括所述卫星通信网络中卫星的运行纬度，所述基于预设视距距离，将所述上升卫星划分得到至少一个第一卫星分簇，并将所述下降卫星划分得到至少一个第二卫星分簇的步骤，包括：

根据所述运行纬度，将所述上升卫星划分为至少一个第一纬度分区；

将所述第一纬度分区中的卫星按照预设视距距离进行划分，获得第一卫星分簇；

根据所述运行纬度，将所述下降卫星划分为至少一个第二纬度分区；

将所述第二纬度分区中的卫星按照预设视距距离进行划分，获得第二卫星分簇。

4.如权利要求1所述的基于多目标优化的卫星路由方法，其特征在于，所述稳定卫星分簇包括簇头卫星和簇内卫星，所述对各所述稳定卫星分簇进行拓扑抽象，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图的步骤，包括：

将所述稳定卫星分簇中簇头卫星和簇内卫星作为簇内节点，并根据所述簇内节点之间的星间链路进行连接，生成簇内网络；

将各所述稳定卫星分簇中簇头卫星作为簇间节点，并根据所述簇间节点之间的星间链路进行连接，生成时变簇间网络；

将所述簇内网络和所述时变簇间网络进行拼接，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图。

5.如权利要求1所述的基于多目标优化的卫星路由方法，其特征在于，所述根据所述分簇时变图，生成目标传输路径，并基于所述目标传输路径进行卫星路由的步骤，包括：

响应于卫星路由指令，获取所述分簇时变图中各卫星节点之间对应的各星链属性参数，其中所述卫星路由指令包括起始卫星节点和目标卫星节点；

根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径；

根据所述目标传输路径，控制所述卫星通信网络进行所述卫星路由指令对应的卫星路由操作。

6.如权利要求5所述的基于多目标优化的卫星路由方法，其特征在于，所述根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径的步骤，包括：

在所述起始卫星节点和所述目标卫星节点位于所述分簇时变图中同一稳定卫星分簇内时，根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的至少一条主导路径；

将所述主导路径作为所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径。

7.如权利要求5所述的基于多目标优化的卫星路由方法，其特征在于，所述根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径的步骤，还包括：

在所述起始卫星节点和所述目标卫星节点不位于所述分簇时变图中同一稳定卫星分簇内时，获取所述起始卫星节点所处的稳定卫星分簇内的起始簇头卫星，以及所述目标卫星节点所处的稳定卫星分簇内的目标簇头卫星；

根据所述分簇时变图，以各所述星链属性参数作为优化目标，基于预设属性一致性生成所述起始卫星节点至所述起始簇头卫星的第一主导路径，所述起始簇头卫星至所述目标簇头卫星的第二主导路径，以及所述目标簇头卫星至所述目标卫星节点的第三主导路径；

将所述第一主导路径、所述第二主导路径和所述第三主导路径依次连接，生成所述起始卫星节点至所述目标卫星节点的目标传输路径。

8.一种基于多目标优化的卫星路由装置，其特征在于，所述基于多目标优化的卫星路由装置包括：

获取模块，用于获取卫星通信网络的运行状态信息；

分簇模块，用于根据所述运行状态信息，将所述卫星通信网络中的卫星分为至少两个稳定卫星分簇；

拓扑模块，用于对各所述稳定卫星分簇进行拓扑抽象，获得所述卫星通信网络对应的分簇时变图；

路由模块，用于根据所述分簇时变图，生成目标传输路径，并基于所述目标传输路径进行卫星路由。

9.一种基于多目标优化的卫星路由设备，其特征在于，所述基于多目标优化的卫星路由设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的基于多目标优化的卫星路由方法的步骤。

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上存储有基于多目标优化的卫星路由程序，所述基于多目标优化的卫星路由程序被处理器执行时实现如权利要求1至7中任一项所述的基于多目标优化的卫星路由方法的步骤。