[发明专利]基于拉格朗日松弛的卫星网络时隙分配与路由规划方法

权利要求书

1.一种基于拉格朗日松弛的卫星网络时隙分配方法，在设置权重的时候，定义w_ij(t)为在时隙t卫星i与卫星j建链的权重值，定义d(i,j,t)为在时隙t卫星i与卫星j之间的距离；定义s(i,t)表示在时隙t与卫星i建链的卫星，如果没有任何卫星与其建链，则s(i,t)＝0，定义o(i)表示卫星i所处的轨道，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：获取待处理卫星网络中的以下数据：初始的权重矩阵，拉格朗日乘子，时间长度T，最大迭代次数I_max，门限值ε，卫星可见性分析表；

步骤2：根据步骤1所获取的数据输出每个时隙的卫星匹配建链表；

步骤3：更新权重矩阵，t取值为1至T，q取值范围为1至I_max，具体包括四种不同情况：

步骤3-1：不重复链路建立，最终权重赋值数学表达为：

其中a是一个正常数来表示时间的范围；

步骤3-2：跨轨道建链权重赋值规则表示如下：

步骤3-3：短距离建链权重赋值数学表示如下：

步骤3-4：持续建链规则权重赋值数学表示如下：

其中g是一个正常数；

步骤4：计算时隙分配结果：

步骤5：计算目标函数值F(q)，若|F(q)-F(q-1)|/||F(q)||＜ε，停止迭代，否则根据式(20)更新拉格朗日乘子，

其中表示y与0的最大值；α_j(k)＞0表示步长并且需要满足下面的约束；

步骤6：根据公式(22)，计算新的权重矩阵β，新的权重矩阵

其中

步骤7：根据公式(23)，对结果进行处理，

若存在卫星尚未匹配，对权重矩阵删除已匹配卫星对应的行与列，形成新的权重矩阵；

步骤8：执行步骤3至步骤6，获得新的匹配结果，并更新匹配表，直至匹配表不再变化输出最终匹配表；

其中，对于每个时隙而言，每个卫星接收到的数据量加上上一时隙缓存下来的数据量应该等于当前时隙发送出去的数据量加上未发送而储存在节点中的数据量；因此，给出以下的约束：

对于任务f_kl的起始点来说，任务的发出总量应该等于当前时隙任务成功发送出去的数据量加上储存在节点的数据量，具体地，

对于任务f_kl的目的节点来说，任务只允许到达目的节点并存储，而不允许再次发送，因此需要将目的节点的发送量设为0，

由于资源的限制，对每个时隙而言，即使每个卫星可能与多个卫星可见，但是每个卫星只能与一个卫星进行建链，也就是说，

考虑到网络传输机制的特殊性，每条链接都是一个双向链接，相应地，在图中也就是无向边，因此有下面的约束：

考虑到链路资源的限制，对于给定的时隙，如果两个节点建立链路，则传输的总数据量不能超出链路最大传输能力；如果两个节点没有建立链路，则不能传输数据，对于这一限制，通过下面的约束来表示：

其中表示在第t个时隙，链路的最大传输能力。