[发明专利]星座通信网中基于完美匹配模型的链路分配方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，具体地，涉及星座通信网中基于完美匹配模型的链路分配方法，尤其是基于星间链路的星座通信网的网络拓扑设计方法。

背景技术

随着广大用户对多种通信业务需求的急速增加，基于地面网络的通信系统已无法满足现实需求。在商业和军事需求的双重推动下，人们开始加快对卫星网络技术的研究。卫星通信系统具有大覆盖范围、内在广播特性、可支持移动性等特点，已成为下一代网络(NGN)的重要组成部分。为了给用户提供宽带通信服务，几个星座通信网正在或者即将被建设，如：Orbcomm-2、Global star-2。在这些星座通信网中，Iridium-Next是唯一采用了星间链路技术的星座通信网，而Orbcomm-2、Global star-2没有采用星间链路这样的技术。通过星间链路来转发数据，可以使得星座通信网独立于地面网络，从而可以给用户提供更小传播延时的通信服务。反之，如果星座通信网不采用星间链路技术，那么数据必须通过地面网关和地面网络来中继才能为用户提供服务。通过对比，我们可以发现，星间链路技术的使用可以提高星座通信网的自治性、降低网络的传播延时、减小对地面网关的需求。链路分配会对网络的一些重要参数有比较大的影响，如：通信终端的利用率、网络的连通性、星间链路重建的概率以及网络拓扑的平均点到点距离。

网络的平均点到点代表着路由的平均传播延时和需要分配给路由的带宽资源。因此，需要有一个合适的链路分配方案能够使得生成的网络拓扑具有较小的平均端到端延时，且能保证星座通信网上每颗卫星上指定数目的通信终端都用来建立星间链路。然而，前人有关链路分配方案的相关研究内容却不能兼顾这两者。例如，很多星座通信网络都假设规则固定的网络拓扑，例如环网、或者曼哈顿街区网络，太规则的网络拓扑由于自身的规则特性导致网络节点的平均点到点距离比较大。然而，平均点到点距离大的网络意味着服务同样请求的业务时，需要分配的链路带宽资源就更多。此外，其他的一些的链路分配主要的目的是最大化通信终端的利用率，或 者产生一个随机连接的网络拓扑，或者是最大化星间链路的剩余带宽，或者是提高网络拓扑的连接性。然而，这些链路分配方案却不能把每颗卫星上所有指定数目的通信终端都用来建立星间链路。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种星座通信网中基于完美匹配模型的链路分配方法。

根据本发明提供的一种星座通信网中基于完美匹配模型的链路分配方法，包括如下步骤：

步骤1：判断星座通信网中所有卫星节点v上工作状态通信终端的指定数目f(v)之和是否为偶数，即判断mod(∑_v∈Vf(v),2)是否等于0；

其中，v表示卫星节点，V表示星座通信网中所有卫星节点的集合；

若指定数目f(v)之和为偶数，则进入步骤2继续执行；否则，则在星座通信网中随机选取一颗卫星节点v₀，使该卫星节点v₀上工作状态通信终端的指定数目减一，然后进入步骤2继续执行；

步骤2：获取星座通信网中所有卫星节点的可视链路的集合E，从而得到当前的可视矩阵VM，VM＝(V,E)；

步骤3：根据每颗卫星节点上工作状态通信终端的指定数目f(v)及可视矩阵VM构造一个混合完全二部图G^*，G^*＝(V^*,E^*)；

其中，V^*表示混合完全二部图中的所有节点，E^*表示混合完全二部图中的所有边；

步骤4：寻找混合完全二部图G^*的一个完美匹配M^*，M^*＝(V^*,E^*)；

步骤5：根据完美匹配M^*还原得到每颗卫星节点v上f(v)个通信终端都处于工作状态的网络拓扑G。

优选地，星座通信网中每颗卫星v上的f(v)个通信终端用来建立星间链路。

优选地，所述步骤3包括以下步骤：

步骤3.1：可视矩阵VM中的每个卫星节点用一个完全二部图K来替代；