[发明专利]一种基于资源表征的卫星网络资源管理方法

摘要

本发明公开了一种基于资源表征的卫星网络资源管理方法，包括以下步骤：网络资源分析；资源表征；资源关联；资源协同优化，根据卫星载荷资源可共享的特点，设计单颗卫星节点资源转换策略和分布式资源转换策略。由于本发明采用了特征参数的表针方法，实现了支撑卫星网络资源管理数据库建立的基本条件。由于本发明基于卫星网络面向任务的特性，采用任务关联算法，实现了优化卫星网络中资源分配的问题和防止网络资源浪费的情况发生。由于本发明采用了协同优化方法(资源转换策略)，实现了卫星网络在资源受限的情况下提升任务成功率的目的，提高了资源间的协同优化能力。

主权项

1.一种基于资源表征的卫星网络资源管理方法，其特征在于：包括以下步骤：A、网络资源分析A1、尽管卫星网络资源种类繁多，但是卫星网络仅由卫星节点以及卫星节点之间的通信链路组成的动态网络，将卫星网络表示为：SN＝{node,link}式中，node表示卫星节点，link表示链路；A2、根据卫星节点处理的任务的不同，把卫星的节点资源分解为通信资源、处理器资源、存储资源、遥感资源和能量资源，表示为：R_node＝{R_{communication},R_processor,R_storage,R_sensor,R_energy}其中，R_node表示节点资源，R_{communication}表示通信资源，R_processor表示处理器资源，R_storage表示存储资源，R_sensor表示遥感资源，R_energy表示能量资源；A3、通信卫星不但具有传统的中继功能，还具有强大的星上交换功能，具备直接为大量的终端用户提供接入链路的能力，成为真正的面向用户的“空中交换机”；再结合卫星通信特征，将通信资源分为：交换资源、传输资源、频谱资源和天线资源，表示为：R_{communication}＝{R_exchange,R_transmit,R_spectrum,R_antenna}其中，R_exchange表示交换资源，R_transmit表示传输资源，R_spectrum表示频谱资源，R_antenna表示天线资源；A4、针对频谱资源，卫星网络不仅有微波通信，还有激光通信；因此，将频谱资源分为微波和激光两类，表示为：R_spectrum＝{R_microwave,R_laser}其中，R_microwave表示微波资源，R_laser表示激光资源；A5、根据步骤A1‑A4的分析，卫星的节点资源表示为：R_node＝{R_exchange,R_transmit,R_microwave,R_laser,R_antenna,R_processor,R_storage,R_sensor,R_energy}A6、卫星链路按照空间分布分为星地链路和星间链路，表示为：R_link＝{GSLs,ISLs}R_link表示链路资源，GSLs表示星地链路，ISLs表示星间链路；A7、卫星根据轨道高度不同将其划分为高轨卫星、中轨卫星和低轨卫星；因此，在星间链路上，又分为同层星间链路和跨层星间链路，表示为：ISLs＝{SISLs，CISLs}其中，SISLs表示同层星间链路，CISLs表示跨层星间链路；A8、根据步骤A6‑A7的分析，链路资源表示为：R_link＝{GSLs，SISLs，CISLs}B、资源表征卫星网络资源管理底层需要节点资源和链路资源的表征信息，采用资源特征参数的形式全面性地表征卫星网络资源的所有参数信息，其中，特征参数包括属性参数和状态参数，属性参数表示资源的固定特性，而状态参数用来描述资源的具体使用情况或者变化中的特征信息；下面分析卫星网络中两类典型的资源元素：B1、处理器资源：卫星上的处理器资源用于处理信息压缩和计算等情况；根据处理器的特性，卫星节点的处理器的属性参数有节点ID、处理器数量、指令集、工作频率和内存等，而卫星节点处理器资源的状态参数有温度和时间等；B2、遥感资源：遥感卫星能在规定的时间内覆盖整个地球或指定的任何区域，当沿地球同步轨道运行时，它能连续地对地球表面某指定地域进行遥感；遥感器为遥感卫星的主要载荷之一，为遥感卫星提供任务支持，这里将遥感器资源简称为遥感资源；根据遥感资源的特性，卫星节点的遥感器的属性参数有节点ID、遥感器应用类型、记录方式、星上载荷和功率，而卫星节点的遥感资源的状态参数有空间位置和时间；C、资源关联在卫星网络中，完成某一项任务是这些分类的资源元素的有机整合，任何单一的资源元素是不能正常的单独运行来完成任务；因此，卫星网络为了完成任务，将多维的网络资源进行关联，具体关联方法包括以下步骤：C1、地面站给卫星网络发出一条任务；C2、卫星网络根据任务需求，分析任务类型；C3、将任务类型导入资源关联算法中；C4、资源关联算法根据资源池中的数据通过计算得到资源元素集合；C5、将资源元素集合中的资源元素分配给卫星网络用于完成任务；D、资源协同优化由于星上资源受限的原因，造成卫星节点内存小、CPU处理能力低、所带电源有限，使得卫星网络中卫星节点资源有着很大的局限性，而且一旦上天，由于在轨硬件升级的难度大，所以难以对节点资源进行升级和更换；此外，星间链路比较脆弱，使得节点间协同工作较为困难；根据卫星载荷资源可共享的特点，设计资源转换策略，分为单颗卫星节点资源转换策略和分布式资源转换策略；当单颗卫星节点资源较为空闲且充足时，如果调用节点资源来减轻链路资源的负担，采用单颗卫星节点资源转换策略；转步骤D1；当单颗卫星节点资源较为繁忙，且该卫星节点星地链路连接时长不足或资源较为繁忙时，通过利用星间链路将数据信息发送给其它空闲卫星节点来达到完成任务的目的，则采用分布式资源转换策略，转步骤D2；D1、单颗卫星节点资源转换步骤D11、检测卫星网络任务内容是否优化处理；否则转步骤E；D12、根据卫星网络任务需求对其内容进行相关处理；D13、将处理完成的数据信息返回地面站；转步骤E；D2、分布式资源转换步骤D21、检测卫星节点是否资源存在资源受限情况；如果资源不受限，转步骤D1；D22、检测卫星当前星历是否存在空闲卫星节点；如果不存在空闲节点，转步骤E；D23、以损耗星间链路资源为代价进行相应的数据处理；D24、空闲卫星节点处理完成任务后，将数据信息传回地面站；E、结束。