[发明专利]基于时分的收发信机受限空间信息网络最大流路由方法

权利要求书

1.一种基于时分的收发信机受限空间信息网络最大流路由方法，其特征在于，生成扩展流入、流出链路集合，划分时间段，分配收发信机资源，调整空间信息网络链路中传输的数据量，生成空间信息网络的最大流路由，该方法的步骤包括如下：

步骤1，构建空间信息网络的时间扩展图：

以空间信息网络拓扑中保持不变状态的时间段为时间间隔，将空间信息网络的一个运行周期[0,T]划分为L个等长的时间间隔；

构建空间信息网络的时间扩展图G(V_C,E)，其中,V_C表示空间信息网络中实际存在的节点集合在每个时间间隔内的副本集合，E表示由副本集合V_C中的相邻时间间隔的节点副本间产生的缓存链路集合E_S和副本集合V_C中的相同时间间隔的节点副本间产生通信链路集合E_L和虚拟链路集合E_R组成的链路集合；

步骤2，划分节点副本链路类型：

不论收发信机是否受限，对于每个空间信息网络的节点副本，根据时间扩展图G(V_C,E)中与该节点副本相连的链路分布，将与该节点副本相连的所有链路划分为4种类型：缓存链路集合E_S中的一条缓存流入链路、缓存链路集合E_S中的一条缓存流出链路、通信链路集合E_L中的一条或多条通信流入链路、通信链路集合E_L中的一条或多条通信流出链路；

在收发信机不受限的情况下，对于每个空间信息网络的节点副本与该节点副本相连的一条或多条通信流入链路允许多条同时连接，与该节点副本相连的一条或多条通信流出链路允许多条同时连接；

在收发信机受限的情况下，对于每个空间信息网络的节点副本，判断与该节点副本相连的通信流入、流出链路是否为多条，若为多条，则收发信机数目为1的情况下，允许连接的通信流入、流出链路的数目被限制为1，该节点副本在同一时刻最多选择与1条通信流入链路和1条通信流出链路相连；

步骤3，生成扩展流入、流出链路集合：

将1条实际流过的数据量为零的虚拟流入链路与空间信息网络的节点副本相连的多条通信流入链路，组成扩展流入链路集合；

将1条实际流过的数据量为零的虚拟流出链路与空间信息网络的节点副本相连的多条通信流出链路，组成扩展流出链路集合；

步骤4，划分时间段：

将每个时间间隔划分为多个时间段，以每一个时间段为单位分配收发信机资源进行连通链路；

在[0,1]区间内，以t_k-1为起始时刻、d_k为长度，将每个时间间隔划分为N个时间段u_k，其中，k表示时间段u_k的序号，t_k-1满足t₀≤t₁≤t₂≤…≤t_k-1≤t_k≤…≤t_N-1≤t_N，t₀＝0，t_N＝1；d_k同时满足d_k＝t_k-t_k-1和∑表示求和操作；

步骤5，分配收发信机资源：

生成分配收发信机资源的流入关联矩阵A＝(a_mk)_(P+1)×N，其中，a_mk表示扩展流入链路R_m与时间段u_k的关联状态，当流入关联矩阵中存在一个或多个元素等于1时，则表示该元素所对应的空间信息网络的节点副本在时间段u_k内与扩展流入链路R_m连通，当流入关联矩阵中存在一个或多个元素等于0时，则表示该元素所对应的空间信息网络的节点副本在时间段u_k内与扩展流入链路R_m不连通，P表示通信流入链路集合中的链路总数；其中，a_mk满足P_i^l表示第l个时间间隔的第i个空间信息网络的节点副本的通信流入链路总数；

生成分配收发信机资源的流出关联矩阵B＝(b_nk)_(Q+1)×N，其中，b_nk表示扩展流出链路S_n与时间段u_k的关联状态，当流出关联矩阵中存在一个或多个元素等于1时，则表示该元素所对应的空间信息网络的节点副本在时间段u_k内与扩展流出链路S_n连通，当流出关联矩阵中存在一个或多个元素等于0时，则表示该元素所对应的空间信息网络的节点副本在时间段u_k内与扩展流出链路S_n不连通，Q表示通信流出链路集合中的链路总数；其中，b_nk满足表示第l个时间间隔的第j个空间信息网络的节点副本的通信流出链路总数；

步骤6，调整空间信息网络链路中传输的数据量：

第一步，调整每个节点副本在其链路中传输的数据量，使其满足下述的流量守恒条件：

其中，表示在第l个时间间隔中的第k个时间段u_k内，第l个时间间隔的第i个节点副本的扩展流入链路R_m中传输的满足第1个通信链路容量要求的数据量；表示在第l个时间间隔中的第k-1个时间段u_k-1内缓存传输到节点副本的满足第1个缓存链路容量要求的数据量，数据量由第l个时间间隔的时间段u_k-1缓存到第l个时间间隔的时间段u_k；表示在第l个时间间隔中的第k个时间段u_k内，节点副本的扩展流出链路S_n中传输的满足第2个通信链路容量要求的数据量；表示在第l个时间间隔中的第k个时间段u_k内缓存传输到节点副本的满足第2个缓存链路容量要求的数据量，数据量由第l个时间间隔的时间段u_k缓存到第l个时间间隔的时间段u_k+1；表示在第l个时间间隔中的第k个时间段u_k内缓存传输到节点副本的满足第3个缓存链路容量要求的数据量，数据量由第l个时间间隔的时间段u_N缓存到第l+1个时间间隔的时间段u₁；表示在第l个时间间隔中的第k个时间段u_k内缓存传输到节点副本的满足第4个缓存链路容量要求的数据量，数据量由第l-1个时间间隔的时间段u_N缓存到第l个时间间隔的时间段u₁；表示在第l+1个时间间隔中的第k个时间段u_k内缓存传输到节点副本的数据量，数据量由第l个时间间隔的时间段u_N缓存到第l+1个时间间隔的时间段u₁；表示在第l个时间间隔中的第k个时间段u_k内，第l个时间间隔的链路R_m的起点的扩展流入链路R_m中传输的数据量；

第二步，调整虚拟源节点在其链路上传输的数据量，使其满足下述的流量守恒条件：

其中，表示在第l个时间间隔内的虚拟源节点s'到源节点副本的链路内传输的数据量，表示在第l个时间间隔内的源节点s，λ表示生命周期T内网络中传输的数据量，表示在第l个时间间隔中的第k个时间段u_k内，第l个时间间隔的源节点副本的扩展流出链路S_n中传输的满足通信链路容量要求的数据量；

第三步，调整虚拟目的节点在其链路上传输的数据量，使其满足下述的流量守恒条件：

其中，表示在第l个时间间隔内的目的节点副本到虚拟目的节点d'的链路内传输的数据量，表示在第l个时间间隔内的目的节点d，表示在第l个时间间隔中的第k个时间段u_k内，第l个时间间隔的目的节点副本的扩展流入链路R_m中传输的满足通信链路容量要求的数据量；

步骤7，生成空间信息网络的最大流路由：

第一步，在步骤4、5、6、7中各变量的所有约束条件下，建立空间信息网络吞吐量的目标函数为中的最大值，其中，L表示时间间隔的总数，l表示时间间隔的序号；

第二步，以中的最大值为目标，调整链路中的链路连通状态和链路中传输的数据量，直到满足所有约束条件的目标函数值达到最大，则得到此空间信息网络的最大流，将链路状态及传输数据量参数生成空间信息网络的最大流路由。