[发明专利]一种适用于星地网络的基于超边的时间演进图设计方法

权利要求书

1.一种适用于星地网络的基于超边的时间演进图设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)构建星地网络的拓扑结构：

构建包括N个观测卫星节点S＝{s_i|1≤i≤N}、M个中继卫星节点R＝{r_j|1≤j≤M}和P个地面站节点G＝{g_k|1≤k≤P}的星地网络，其中，N＞0，s_i表示第i个具有计算资源、通信资源和存储资源的观测卫星节点，M＞0，r_j表示第j个具有通信和存储资源的中继卫星节点，P＞0，g_k表示第k个具有通信资源和存储资源的地面站节点；

(2)构建星地网络的拓扑矩阵A；

(2a)初始化星地网络的运行时间长度为T，并将T划分为L个长度为τ的时隙，构成时隙集合Q＝{q_t|1≤t≤L}，其中，L≥1，τ＝T/L；

(2b)在每个时隙q_t下，根据卫星工具包STK获取S中每两个观测卫星节点s_a与s_b的通信链路容量集R中每两个中继卫星节点r_c与r_d的通信链路容量集G中每两个地面站节点g_e与g_f的通信链路容量集S中每个观测卫星节点s_i与R中每个中继卫星节点r_j的通信链路容量集S中每个观测卫星节点s_i与G中每个地面站节点g_k的通信链路容量集R中每个中继卫星节点r_j与G中每个地面站节点g_k的通信链路容量集并通过和构建星地网络的拓扑矩阵A：

(3)获取星地网络的超边集J、通信弧集W和存储弧集Z；

(3a)将地面均匀划分为X个网格O＝{o_u|1＜u＜X}，并将覆盖o_u的所有观测卫星节点和中继卫星节点，以及位于o_u上的地面站节点构成o_u的节点集Y_u，其中，2≤X≤M+N+P，o_u表示第u个网格；

(3b)将节点集Y_u中包含在星地网络的拓扑矩阵A中的所有节点形成的通信链路作为网格o_u的超边，得到O对应的超边集J＝{ρ_u|1＜u＜X}，并将A中除J以外的通信链路作为通信弧集其中，ρ_u表示o_u的超边，β_θ表示第θ个通信弧；

(3c)将包含在星地网络拓扑矩阵A中每个时隙q_t与相邻时隙q_t+1每个观测卫星节点s_i连接形成的通信链路集每个中继卫星节点r_j连接形成的通信链路集和每个地面站节点g_k连接形成的通信链路集组合成存储弧集Z＝{α_σ|1≤σ≤(M+N+P)·(L-1)}，其中，α_σ表示第σ个存储弧；

(4)绘制基于超边集J的时间演进图；

(4a)初始化层数与星地网络的运行时间长度T相同的空白有向图；

(4b)将N个观测卫星节点S＝{s_i|1≤i≤N}、M个中继卫星节点R＝{r_j|1≤j≤M}和P个地面站节点G＝{g_k|1≤k≤P}分别添加到空白有向图每个时隙q_t对应的层中，并对有向图第t层的每个观测卫星节点s_i标注为每个中继卫星节点r_j标注为每个地面站节点g_k标注为得到带有节点标识的有向图；

(4c)根据超边集J中的每个超边ρ_u、通信弧集W中的每个通信弧β_θ和存储弧集Z中的每个存储弧α_σ各节点与带有节点标识的有向图中各节点标识的对应关系，将ρ_u、β_θ和α_σ添加到带有节点标识的有向图中，得到基于超边的时间演进图。

2.根据权利要求1所述的一种适用于星地网络的基于超边的时间演进图设计方法，其特征在于，步骤(2b)中所述的s_a与s_b的通信链路容量集r_c与r_d的通信链路容量集g_e与g_f的通信链路容量集s_i与r_j的通信链路容量集s_i与g_k的通信链路容量集和r_j与g_k的通信链路容量集计算公式分别为：

其中，和分别表示在每个时隙q_t下，s_a与s_b的通信链路速率、r_c与r_d的通信链路速率、g_e与g_f的通信链路速率、s_i与r_j的通信链路速率、s_i与g_k的通信链路速率和r_j与g_k的通信链路速率。