[发明专利]一种卫星网络的拓扑控制方法及其系统

说明书

本发明公开了一种卫星网络的拓扑控制方法及其系统，其方法包括：系统中包含多个卫星节点，地面站根据卫星完成星间链路的建立、拆解操作所需要的时间确定拓扑时隙的大小，并以该拓扑时隙为间隔对卫星网络的轨道运行周期进行均匀划分，得到与拓扑时隙相对应的初始拓扑快照序列；在初始拓扑快照序列中，选择相邻拓扑时隙所对应的拓扑结构进行比较，如果拓扑结构相同则进行去重简并，得到去重简并后的拓扑快照序列；设置拓扑结构的差异度的预设门限，对去重简并后的拓扑快照序列中拓扑结构的差异度小于预设门限的拓扑快照，以增加少量冗余公共边的方法消除拓扑结构中存在的差异，并对拓扑快照进行合并，最终得到加冗简并后的拓扑快照序列。

技术领域

本发明属于卫星网络拓扑控制领域，更进一步主要涉及离线拓扑控制方法，具体是一种卫星网络的拓扑控制方法及其系统。

背景技术

卫星网络中的节点具有高速运动性，卫星节点的位置坐标、星间链路以及连接状态等都会随着时间发生变化，使得卫星节点之间的连接关系复杂多变，因此需要采用拓扑控制技术对卫星节点之间的网络连接进行优化。根据对拓扑信息的处理方式的不同，可以将卫星网络的拓扑控制分为在线拓扑控制和离线拓扑控制两种模式。在线拓扑控制指卫星节点实时地生成或调整卫星网络的拓扑结构，遇到类似卫星节点失效的突发情况时，在线拓扑控制能够及时进行响应从而保证网络的整体性能。离线拓扑控制指地面站根据卫星节点的轨道参数预先计算整个卫星网络运行周期内的拓扑连接关系，并将计算结果上传注入到各个卫星节点，以实现对整个卫星网络的拓扑控制。

针对卫星网络的拓扑控制，Ye N等人提出了Ye N,Zhu Z,Liu J,etal.Distributed Cluster-based Fault-tolerant Topology Control for SpaceInformation Networks[C].IEEE International Conference on Cyber-EnabledDistributed Computing and Knowledge Discovery,2010:210-217.，这种应用于空间信息网络的集群分布式容错拓扑控制算法首先进行局部拓扑发现，接下来，单一集群内的节点通过调整发射功率以形成到达其附近节点的k条最优的顶点不相交路径，构建集群内的k-连通拓扑结构，然后将任意两个相邻集群的拓扑结构作为加权二部图进行计算，选择其中的最佳匹配节点作为边界节点，从而建立集群间的拓扑结构。Huang J等人提出了HuangJ,Su Y,Huang L,et al.An optimized snapshot division strategy for satellitenetwork in GNSS[J].IEEE Communications Letters,2016,20(12):2406-2409.，这种应用于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)的快照划分策略，首先根据卫星网络的可见性规律(即周期性存在的卫星与地面站之间可以进行数据通讯的时间窗口)，将卫星网络的周期划分为一系列可见性切片(Visibility Slices)，然后根据可见性切片的持续时间以及地面站数量，将相邻的多张可见性切片合并成一张拓扑快照。上述对拓扑快照的处理方法，没有考虑具有相同拓扑结构的快照会过多占用星上存储空间的问题，因此在实际的应用中存在较大的局限性。

现有技术存在的问题是：过大的拓扑快照划分时间间隔会导致拓扑无法准确对应当前的网络状态，使网络的数据传输性能受损；过小的拓扑快照划分时间间隔会在卫星的运行周期内生成大量结构相同或相似的拓扑快照，从而过多占用卫星的数据存储空间；并且，过于频繁的拓扑调整操作会产生较多的星上资源消耗，并对任务执行过程中数据传输的连续性造成影响。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于去重和加冗的离线拓扑简并(Duplicates Removal and Redundancy Increase based Offline TopologySimplification and Merging,DR/RI-OTSM)方法。