申请/专利权人：南京大学

申请日：2024-03-07

公开（公告）日：2024-06-21

公开（公告）号：CN117856879B

主分类号：H04B7/185

分类号：H04B7/185;H04L41/12;H04L45/02;H04L45/121;H04B10/118

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.21#授权;2024.04.26#实质审查的生效;2024.04.09#公开

摘要：本发明提供了一种空间指向性网络的拓扑规划方法，首先将卫星运行周期分为多个时隙，并在每个时隙中考虑星载指向性通信终端对可见性的约束进行星间可见性分析；然后在每个时隙中进行拓扑规划，将上一时隙的拓扑规划结果作为本时隙的建链约束，以确保上一时隙中建立的星间链路在当前时隙中保持连接状态；完成所有时隙的拓扑规划，最终得出一个周期的拓扑规划。本发明考虑了时隙间拓扑变化产生的链路切换对空间指向性网络性能影响，通过将上一时隙的拓扑规划结果作为该时隙拓扑规划的约束之一，优化空间指向性网络通信性能的同时降低了时隙间的链路切换。

主权项：1.一种空间指向性网络的拓扑规划方法，其特征在于包括以下步骤：步骤S1，将遥感卫星星座按运行周期划分成T个时长为的时隙，并得到每个时隙下的星地可见性矩阵、指向性通信终端DCT间可见性矩阵、星间时延矩阵，其中： ，其中，表示该空间指向性网络中地面站的数量，表示该空间指向性网络中卫星的数量；的值为1表示在第个时隙内，编号为的地面站与编号为的卫星之间未始终保持可见关系；当的值大于等于1则表示在第个时隙内，编号为的卫星是境内星，当的值为0则表示在第个时隙内，编号为的卫星是境外星；，其中，表示DCT间可见性关系矩阵，表示该空间指向性网络中DCT的数量，，表示每颗卫星上都装载了个通信终端；对于任意的，其值为1时表示在第t个时隙内编号为和的DCT始终保持可见关系，其值为0表示在第t个时隙内编号为和的DCT未始终保持可见关系； ，其中，表示星间传播时延矩阵，的值表示的是在第t个时隙内编号为和的两颗卫星之间的直线距离，是与光速的比值，表示在第i个时隙内编号为和的两颗卫星之间的一跳传播时延；步骤S2，第一个时隙的DCT间矩阵的网络拓扑：对第一个时隙的DCT间矩阵进行初始化设置，并以境外星到境内星的平均最短可达路径时延和境外星与境内星的建链数量为性能评价标准，输出第一个时隙下的DCT间建链矩阵, ，其中，的值为1表示第个时隙内编号为和的两个DCT间建立了链路；的值为0表示第1个时隙内编号为和的两个DCT间没有建立链路；表示的是建链约束，在第1个时隙内只有当编号为和的两个DCT之间是可见的，才能建立链路；步骤S3，DCT间建链矩阵的确定：（1）初始化，根据上一时隙的DCT间建链矩阵和DCT间可见性矩阵，对于每一个DCT，找到既在中与该DCT建立链路，又在中与该DCT可见的DCT，并建立链路；如果没有符合条件的DCT，则根据DCT间可见性矩阵为该DCT随机分配一个可见的DCT并建立链路；（2）以境外星到境内星的平均最短可达路径时延和境外星与境内星的建链数量为性能评价标准，根据初始DCT间建链矩阵得到星间建链矩阵；（3）改变中的DCT间建链关系得到新的DCT间建链关系记为，并概率接受，重复这个过程改变建链关系并选择接受的过程直到迭代次数上限，输出该时隙下的DCT间建链矩阵；步骤S2所述第一个时隙的DCT间矩阵的网络拓扑具体包括以下步骤：步骤2-1、初始化：首先将中的数据全部置为0，再根据第一个时隙的DCT间可见性矩阵，为每一个编号为的DCT随机分配一个与之可见的编号为的DCT并建立链路，；步骤2-2、计算初始网络拓扑的性能指标，所述性能指标包括境外星到境内星的平均最短可达路径时延和境外星与境内星的建链数量，首先根据初始DCT间建链矩阵得到星间建链矩阵，具体包含以下步骤：1）对于初始DCT间建链矩阵矩阵中值为1的元素，计算出编号为和的DCT分别装载在编号为和的两颗卫星上，并在星间建链矩阵矩阵中设置的值为1，表示该两颗卫星建立了指向性星间链路；2）遍历初始DCT间建链矩阵矩阵，执行上一步骤，即可得到相应的星间建链矩阵，星间时延矩阵通过Dijkstra算法计算，得到星间最短可达路径时延矩阵，，其中，表示编号为和的两颗卫星在第一个时隙下的最短可达路径时延；在星间建链矩阵和星间最短可达路径时延矩阵中，对于所有的境外星，找到一条通往境内星时延最短的路径，所有境外星到境内星的最短可达路径的平均值就是；步骤2-3、改变初始DCT间建链矩阵中的DCT间建链关系得到新的DCT间建链关系记为，并概率接受，重复这个过程改变建链关系并选择接受的过程直到迭代次数上限，输出第一个时隙下的DCT间建链矩阵；步骤2-3的具体过程包含以下步骤：（1）设置初始温度参数和，温度阈值和，衰减系统，；（2）随机选择一个DCT，对于初始DCT间建链矩阵中与该DCT建立链路的DCT，断开两者之间的链路，再从其他与该DCT可见且没有建立链路的DCT之中，选择一个并建立两者之间的链路，将该新的DCT间建链关系记为；（3）计算得到新的DCT间建链关系的境外星到境内星的平均最短可达路径时延和境外星与境内星的建链数量；（4）通过下式计算接受新的DCT间建链关系的概率， ，计算出接受新的DCT间建链关系的概率，如果接受概率，则接受，并令；否则保持不变，令，；rand1是指数据集[0，1）中的一个随机数；（5）当满足，且的条件时，输出第一个时隙下的DCT间建链矩阵；（6）当和不满足上一步骤（5）所述条件时，则重复步骤（2）-（5）。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 南京大学 一种空间指向性网络的拓扑规划方法

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