專利名稱：：基于五向量數(shù)學模型的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡穩(wěn)定分群方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及到一種無線電通信領域中的衛(wèi)星網(wǎng)絡分群方法。
背景技術：
：在未來包含衛(wèi)星網(wǎng)、地面網(wǎng)、高空平臺站和其他異構通信網(wǎng)絡的空天地一體化信息網(wǎng)絡融合的發(fā)展趨勢下，衛(wèi)星網(wǎng)絡作為這一體系的重要組成和銜接部分將越來越受到重視和青睞，而國內外關于衛(wèi)星網(wǎng)絡高效、穩(wěn)定傳輸?shù)难芯窟€不成熟，很多關鍵技術和核心問題的解決還處于起步階段，特別是對于高動態(tài)、高密度用戶，如何保證較高業(yè)務服務質量要求的問題。由最初的同步軌道衛(wèi)星發(fā)展到現(xiàn)在的中低軌單層星座以及多層協(xié)作衛(wèi)星網(wǎng)絡，利用衛(wèi)星實現(xiàn)全球、應急以及軍事等特殊環(huán)境下的通信優(yōu)勢越來越明顯，其中，隨著業(yè)務類型多樣化、衛(wèi)星網(wǎng)絡骨干化以及傳輸特性高效化等要求，兼顧多層、多類型衛(wèi)星優(yōu)勢的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡逐步成為大多數(shù)衛(wèi)星網(wǎng)絡設計的基本模型且必將成為未來全球信息傳輸?shù)谋匾~帶和業(yè)務交換的重要平臺。從而，如何實現(xiàn)多層衛(wèi)星網(wǎng)絡的高效管理和穩(wěn)定性是整個通信系統(tǒng)分群的核心。但由于多層衛(wèi)星網(wǎng)絡具有較多的衛(wèi)星節(jié)點和高速的相對運動性，從而將網(wǎng)絡拓撲結構進行穩(wěn)定性組織和優(yōu)化管理就顯得尤為重要，但同時也存在一定的復雜性。于是，通過對歷史上出現(xiàn)過的地面網(wǎng)和衛(wèi)星網(wǎng)分群方法的分析，對多層衛(wèi)星通信網(wǎng)絡進行分群能夠有效實現(xiàn)網(wǎng)絡擴展性要求、分布式管理、路由計算開銷的降低和長距離業(yè)務累計時延的控制等目的。然而，多層衛(wèi)星網(wǎng)絡所具有的高傳播時延、高動態(tài)拓撲結構、資源有限和鏈路帶寬非對稱性等特征，使得許多適用于地面網(wǎng)或單層衛(wèi)星網(wǎng)的設計方法在多層衛(wèi)星網(wǎng)絡環(huán)境中可行性和有效性較差。
發(fā)明內容本發(fā)明為了解決現(xiàn)有衛(wèi)星網(wǎng)絡拓撲穩(wěn)定性、衛(wèi)星節(jié)點路由存儲開銷和衛(wèi)星網(wǎng)絡的業(yè)務時延之間存在的矛盾問題，而提供一種基于五向量數(shù)學模型的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡穩(wěn)定分群方法。本發(fā)明基于五向量數(shù)學模型的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡穩(wěn)定分群方法的步驟如下步驟一將多層衛(wèi)星網(wǎng)絡抽象為包含衛(wèi)星節(jié)點和星間鏈路的G=(V，E)網(wǎng)絡拓撲結構；步驟二利用開銷函數(shù)F選擇多層衛(wèi)星網(wǎng)絡中具有最大業(yè)務相關性的衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj);步驟三判斷所述的衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)是否屬于同一子群；是，則進入步驟四；否，則在第一計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值上進行加l，進入步驟五；步驟四將衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)記為更高一級的邏輯層節(jié)點，歸為原衛(wèi)星節(jié)點集合和星間鏈路集合中；進入步驟十四；步驟五判斷第一計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值是否達到系統(tǒng)預先設定的第一閥值；是，則進入步驟十三；否，則進入步驟六；步驟六判斷衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)是否屬于同一臨時子群；是，則進入步驟十一；否，則進行步驟七；步驟七判斷衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)之間的星間跳數(shù)值與系統(tǒng)預先設定的跳數(shù)閥值之間的關系；若跳數(shù)>1且《閥值，則進入步驟八；若跳數(shù)=l，則進入步驟十一；若跳數(shù)>閥值，則進入步驟十；步驟八將衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)歸為同一臨時子群，并在第二計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值上進行加1;步驟九判斷第二計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值是否達到系統(tǒng)預先設定的第二閥值；是，則進入步驟十；否，則返回步驟二；步驟十將衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)歸為不同子群，并返回步驟二；步驟十一判斷此時的網(wǎng)絡拓撲結構是否滿足最短路由表長度約束條件；是，則進入步驟十二；否，則返回步驟八；步驟十二判斷此時的網(wǎng)絡拓撲結構是否滿足I(G/(j，t))>C。k;是，則進入步驟十三；否，則返回步驟八；步驟十三將衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)歸為同一子群，并返回步驟二；步驟十四判斷此時的網(wǎng)絡拓撲結構是否滿足最短路由表長度約束條件；是，則返回步驟二；否，則在第三計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值上進行加l，進入步驟十五；步驟十五判斷第三計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值是否達到系統(tǒng)預先設定的第三閥值；否，則進入步驟十六；是，則進入步驟十七；步驟十六暫不考慮衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)之間的業(yè)務相關性，并返回步驟二；步驟十七利用網(wǎng)絡鏈路穩(wěn)定性度量函數(shù)S刪除多層衛(wèi)星網(wǎng)絡中的冗余星間鏈路；步驟十八得到基于五向量數(shù)學模型描述的G二(V，E，F(xiàn)，L，S)多層衛(wèi)星網(wǎng)絡穩(wěn)定分群拓撲結構。本發(fā)明是一種可以高效管理網(wǎng)絡資源、優(yōu)化網(wǎng)絡穩(wěn)定性和提高系統(tǒng)服務質量的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡分群方法，采用定量分析不同星間鏈路對網(wǎng)絡穩(wěn)定性貢獻程度和衛(wèi)星節(jié)點或鏈路失效對網(wǎng)絡時延變化影響的方法，根據(jù)網(wǎng)絡穩(wěn)定性度量函數(shù)和同群或鄰群衛(wèi)星間優(yōu)化連接關系，減小網(wǎng)絡平均最短路由表長度并提高網(wǎng)絡拓撲結構的穩(wěn)定性。圖1是本發(fā)明的流程圖；圖2是基于五向量數(shù)學模型的SHSC雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡穩(wěn)定分群結構示意圖；圖3是經(jīng)典DLSC雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡分群結構示意圖；圖4是經(jīng)典SoS雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡分群結構示意圖；圖5是SHSC和DLSC雙層分群衛(wèi)星網(wǎng)絡的時延性能比較，-^^SHSC:業(yè)務負載3000包/分鐘，--DLSC:業(yè)務負載3000包/分鐘，QSHSC:業(yè)務負載5000包/分鐘，—.e—DLSC:業(yè)務負載5000包/分鐘，□SHSC:業(yè)務負載8000包/分鐘，—.曰.—DLSC:業(yè)務負載8000包/分鐘；圖6是SHSC和SoS雙層分群衛(wèi)星網(wǎng)絡的時延性能比較，SHSC:業(yè)務負載3000包/分鐘，—力——SoS:業(yè)務負載3000包/分鐘，6QSHSC:業(yè)務負載5000包/分鐘，—e—SoS:業(yè)務負載5000包/分鐘，.□SHSC:業(yè)務負載8000包/分鐘，—.曰.—SoS:業(yè)務負載8000包/分鐘。具體實施例方式具體實施方式一結合圖1說明本實施方式，本實施方式步驟如下步驟一將多層衛(wèi)星網(wǎng)絡抽象為包含衛(wèi)星節(jié)點和星間鏈路的G=(V，E)網(wǎng)絡拓撲結構；V={VN={Vi，i=1，...，N}，N}表示衛(wèi)星節(jié)點集；E表示星間鏈路集合，并滿足關系E=VXV;步驟二利用開銷函數(shù)F選擇多層衛(wèi)星網(wǎng)絡中具有最大業(yè)務相關性的衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj);步驟二中開銷函數(shù)F二{&棚=U)，Bij誦(i，j=1，…，N)表示一個周期內鏈路(Vi，Vj)GE的開銷函數(shù)；其中，T^,ij(t)表示鏈路的傳播時延；Bij(t)=Wij(t)/Cij表示帶寬利用率，表示衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)的鏈路容量；Wij(t)表示以衛(wèi)星節(jié)點、為源節(jié)點衛(wèi)星Vj為目的節(jié)點或中繼節(jié)點的傳輸業(yè)務負載；根據(jù)全球業(yè)務的周期統(tǒng)計分布W(t)和衛(wèi)星節(jié)點的周期運動軌跡R二[rij(t)]，得到t時刻衛(wèi)星Vi和Vj的業(yè)務相關性ru(t)(i，j=1，...，N)。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中，Wi表示衛(wèi)星Vi的總業(yè)務負載；《表示衛(wèi)星、中來自其他異構網(wǎng)絡的業(yè)務負載；F二{^(t)}為周期函數(shù)，滿足關系fij(t)二fij(t+KTs)(K=0，1，...，①)，且當衛(wèi)星節(jié)點Vi和Vj不存在直接鏈路時，(t)=①。步驟三判斷所述的衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)是否屬于同一子群；是，則進入步驟四；否，則在第一計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值上進行加l，進入步驟五；步驟四將衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)記為更高一級的邏輯層節(jié)點，歸為原衛(wèi)星節(jié)點集合和星間鏈路集合中；進入步驟十四；步驟五判斷第一計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值是否達到系統(tǒng)預先設定的第一閥值；是，則進入步驟十三；否，則進入步驟六；步驟六判斷衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)是否屬于同一臨時子群；是，則進入步驟十一；否，則進行步驟七；步驟七判斷衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)之間的星間跳數(shù)值與系統(tǒng)預先設定的跳數(shù)閥值之間的關系；若跳數(shù)>1且《閥值，則進入步驟八；若跳數(shù)=l，則進入步驟十一；若跳數(shù)>閥值，則進入步驟十；步驟八將衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)歸為同一臨時子群，并在第二計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值上進行加1;步驟九判斷第二計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值是否達到系統(tǒng)預先設定的第二閥值；是，則進入步驟十；否，則返回步驟二；步驟十將衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)歸為不同子群，并返回步驟二；步驟十一判斷此時的網(wǎng)絡拓撲結構是否滿足最短路由表長度約束條件；是，則進入步驟十二；否，則返回步驟八；步驟十一中此時的網(wǎng)絡拓撲結構所要滿足的最短路由表長度約束條件是參量L和M應滿足下面公式中的對稱關系Af=or其中，L表示多層衛(wèi)星網(wǎng)絡分群結構的邏輯層數(shù)，而非物理軌道層面，邏輯層數(shù)的變化范圍從0到L-l層；M表示最高邏輯層L-l層內的分群個數(shù)，其中，第1層的衛(wèi)星可以與1-1(1=1，...，L-l)層衛(wèi)星建立層間星間鏈路。參考圖1。步驟十二判斷此時的網(wǎng)絡拓撲結構是否滿足I(G/(j，t))>C。k;是，則進入步驟十三；否，則返回步驟八；步驟十二中的C。k表示多層衛(wèi)星網(wǎng)絡拓撲穩(wěn)定性和最短路由表長度要求下所必須滿足的最小穩(wěn)定性閥值；網(wǎng)絡粘連度I為'|f/|+m(G-1/)]/(G)=min,■其中，E(G)表示多層衛(wèi)星網(wǎng)絡的鏈路集合；|U|表示冗余星間鏈路數(shù)；m(G-U)表示衛(wèi)星網(wǎng)絡G-U中最大連通子群內的衛(wèi)星節(jié)點數(shù)；"(G-U)表示衛(wèi)星網(wǎng)絡G-U中非連通子群數(shù)目；I(G)描述鏈路集合U對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響程度；I(G)值越小表示鏈路集合U對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響越大，換句話說，鏈路集合U的失效將會造成大量的非連通子群且最大連通子群內的衛(wèi)星節(jié)點數(shù)也較少，即衛(wèi)星間的離散程度越大，從而，這樣的鏈路集合U對網(wǎng)絡穩(wěn)定性的貢獻也越大，可見，對于鏈路集合U中鏈路的保持與可靠性要求對整個多層衛(wèi)星網(wǎng)絡的穩(wěn)定性保障至關重要；步驟十三將衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)歸為同一子群，并返回步驟二；步驟十四判斷此時的網(wǎng)絡拓撲結構是否滿足最短路由表長度約束條件；是，則返回步驟二；否，則在第三計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值上進行加l，進入步驟十五；步驟十五判斷第三計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值是否達到系統(tǒng)預先設定的第三閥值；否，則進入步驟十六；是，則進入步驟十七；步驟十六暫不考慮衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)之間的業(yè)務相關性，并返回步驟二；步驟十七利用網(wǎng)絡鏈路穩(wěn)定性度量函數(shù)S刪除多層衛(wèi)星網(wǎng)絡中的冗余星間鏈路；根據(jù)多層衛(wèi)星網(wǎng)絡中星間鏈路的失效性與系統(tǒng)時延抖動的關系，給出衛(wèi)星網(wǎng)絡的穩(wěn)定性度量函數(shù)S;衛(wèi)星網(wǎng)絡的穩(wěn)定性度量函數(shù)S=sjt(t)的通用表達式定義如下公式一。,(,)=Pr"(AT;",,<rv。,/,))2Q)其中，T^表示不同服務質量要求下，網(wǎng)絡允許的最大時延變化；C。k表示多層衛(wèi)星網(wǎng)絡拓撲穩(wěn)定性和最短路由表長度要求下所必須滿足的最小穩(wěn)定性閥值；1表示網(wǎng)絡粘連度；T皿it表示多層衛(wèi)星網(wǎng)絡中單位業(yè)務的平均時延；AT皿it表示單位業(yè)務的時延抖動；Tmit表示多層衛(wèi)星網(wǎng)絡中單位業(yè)務的平均時延，定義如下T麗"r(G)—"她/pro,5/2:-公式二其中，Tt。tal表示網(wǎng)絡業(yè)務的總時延；TtM,st表示業(yè)務傳輸時延，由業(yè)務負載和鏈路(vs，vt)的帶寬利用率決定；T,,S表示衛(wèi)星節(jié)點s處的排隊時延，由節(jié)點的單服務臺排隊模型確定；Tpr。,s表示衛(wèi)星節(jié)點s處的處理時延，一般情況下假設其滿足負指數(shù)分布特性；AT^t表示單位業(yè)務的時延抖動，單位業(yè)務的時延抖動AT皿it滿足下面等式，即基于最小時延變化條件下的鏈路刪減模型門v戶l公式三一If其中，和Ctj分別表示與節(jié)點vs和vt具有i跳和j跳以內距離的衛(wèi)星節(jié)點集；Ss表示該兩集合的重疊衛(wèi)星集合，且僅僅對于源節(jié)點在集合Ss內且目的節(jié)點為、或Vt的業(yè)務才會受到鏈路(vs，vt)失效的影響；廣d-、公式三中的Uc:門V戶1-O表示鏈路(Vs，Vt)的失效必須滿足穩(wěn)定性要求C。k中關于連通度K>1的條件；d表示衛(wèi)星節(jié)點、和Vt所處子群中不同節(jié)點間所具有的最大跳數(shù)；Th。p表示群內單跳平均傳播時延；f^^和^^，,分別表示從衛(wèi)星集合Ss到、和vt的總業(yè)務量；W=(Wi(t))表示衛(wèi)星節(jié)點i的業(yè)務負載。根據(jù)公式一、公式三中的v戶①，檢測出各個子群中具有較小業(yè)務時延抖動影響的冗余鏈路進行刪除，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡的優(yōu)化分群。步驟十八得到基于五向量數(shù)學模型描述的G二(V，E，F(xiàn)，L，S)多層衛(wèi)星網(wǎng)絡穩(wěn)定分群拓撲結構。為了驗證本發(fā)明提出的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡穩(wěn)定分群方法的有效性與可靠性，將其與歷史上出現(xiàn)過的兩種經(jīng)典衛(wèi)星網(wǎng)絡分群設計方法進行比較。圖4、圖5和圖6分別為本文提出的分群方法SHSC(stablehierarchicalsatelliteclustering)、經(jīng)典DLSC(doublelayersatelliteconstellation)禾口SoS(satelliteoversatellite)分群方法不意圖。本發(fā)明的仿真環(huán)境為三種結構均為3X3中軌道和3X6低軌道的雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡。所有低軌道衛(wèi)星均能夠持續(xù)被至少一顆中軌道衛(wèi)星所覆蓋。網(wǎng)絡中業(yè)務具有自相似特性。衛(wèi)星節(jié)點處的處理時延服從(0，100ms)的負指數(shù)分布。業(yè)務均為單跳或兩跳業(yè)務，即源節(jié)點和目的節(jié)點之間能夠直接通信或僅存在1個中繼衛(wèi)星節(jié)點。低軌道單跳衛(wèi)星間的業(yè)務傳輸時延為30ms。低軌道衛(wèi)星與其直接通信的中軌道衛(wèi)星間的業(yè)務傳輸時延為30ms。所有星間鏈路的帶寬相同且傳輸同一種類型業(yè)務。每個子群的中心節(jié)點與其所屬子群的網(wǎng)關節(jié)點間能夠直接通信。圖7給出了SHSC和DLSC分群網(wǎng)絡的時延性能比較。由圖7所示，DLSC僅在輕業(yè)務負載且單跳業(yè)務比例較小的情況下，性能優(yōu)于本文提出的SHSC分群方法。其中，在業(yè)務負載為8000包/分鐘時，DLSC的業(yè)務時延性能在單跳業(yè)務比例為10%和90%附近，有兩次劇烈的下降，其分別反映了該網(wǎng)絡在網(wǎng)關和中心節(jié)點處兩次嚴重的業(yè)務擁塞?？偟膩碚f，SHSC相對于DLSC具有更小的網(wǎng)絡擁塞概率。圖8給出了SHSC和SoS分群網(wǎng)絡的時延性能比較。由圖8所示，SHSC在重業(yè)務負載且單跳業(yè)務比例較小的情況下，性能優(yōu)于SoS，因為在重業(yè)務負載情況下，SoS網(wǎng)絡的網(wǎng)關節(jié)點具有較大的逗留時延。但同時，由于SoS結構具有最優(yōu)的拓撲連通性，因此，在單跳業(yè)務比例較大的情況下，時延性能可以得到很大的改善。另外，從圖8還可以看到，對于每一條SoS性能曲線，均存在唯一的全局最小值點，這是由于較小和較大比例的單跳業(yè)務，會分別帶來網(wǎng)關和中心節(jié)點處的業(yè)務擁塞，特別是對于較重業(yè)務負載的情形。其中，對于業(yè)務負載為8000包/分鐘的情況，全局最小值點出現(xiàn)在單跳業(yè)務比例60%附近。從全局最小值點開始，隨著單跳業(yè)務比例的增加，基于冗余鏈路刪除規(guī)則的SHSC網(wǎng)絡的時延性能可以逐漸接近于SoS，從而實現(xiàn)鏈路資源和QoS性能的最大化。顯然，SoS結構是通過鏈路資源開銷的最大化，來實現(xiàn)業(yè)務傳輸性能的提高，這在實際衛(wèi)星網(wǎng)絡設計過程中是不可取的。最后，SHSC，DLSC和SoS分群網(wǎng)絡的系統(tǒng)性能比較如表1所示。表ISHSC，DLSC和SoS的系統(tǒng)性能比較<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權利要求基于五向量數(shù)學模型的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡穩(wěn)定分群方法，其特征在于它的步驟如下步驟一將多層衛(wèi)星網(wǎng)絡抽象為包含衛(wèi)星節(jié)點和星間鏈路的G＝(V，E)網(wǎng)絡拓撲結構；步驟二利用開銷函數(shù)F選擇多層衛(wèi)星網(wǎng)絡中具有最大業(yè)務相關性的衛(wèi)星節(jié)點對(vi，vj)；步驟三判斷所述的衛(wèi)星節(jié)點對(vi，vj)是否屬于同一子群；是，則進入步驟四；否，則在第一計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值上進行加1，進入步驟五；步驟四將衛(wèi)星節(jié)點對(vi，vj)記為更高一級的邏輯層節(jié)點，歸為原衛(wèi)星節(jié)點集合和星間鏈路集合中；進入步驟十四；步驟五判斷第一計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值是否達到系統(tǒng)預先設定的第一閥值；是，則進入步驟十三；否，則進入步驟六；步驟六判斷衛(wèi)星節(jié)點對(vi，vj)是否屬于同一臨時子群；是，則進入步驟十一；否，則進行步驟七；步驟七判斷衛(wèi)星節(jié)點對(vi，vj)之間的星間跳數(shù)值與系統(tǒng)預先設定的跳數(shù)閥值之間的關系；若跳數(shù)＞1且≤閥值，則進入步驟八；若跳數(shù)＝1，則進入步驟十一；若跳數(shù)＞閥值，則進入步驟十；步驟八將衛(wèi)星節(jié)點對(vi，vj)歸為同一臨時子群，并在第二計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值上進行加1；步驟九判斷第二計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值是否達到系統(tǒng)預先設定的第二閥值；是，則進入步驟十；否，則返回步驟二；步驟十將衛(wèi)星節(jié)點對(vi，vj)歸為不同子群，并返回步驟二；步驟十一判斷此時的網(wǎng)絡拓撲結構是否滿足最短路由表長度約束條件；是，則進入步驟十二；否，則返回步驟八；步驟十二判斷此時的網(wǎng)絡拓撲結構是否滿足I(G/(j，t))≥Cok；是，則進入步驟十三；否，則返回步驟八；步驟十三將衛(wèi)星節(jié)點對(vi，vj)歸為同一子群，并返回步驟二；步驟十四判斷此時的網(wǎng)絡拓撲結構是否滿足最短路由表長度約束條件；是，則返回步驟二；否，則在第三計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值上進行加1，進入步驟十五；步驟十五判斷第三計數(shù)器的計數(shù)數(shù)值是否達到系統(tǒng)預先設定的第三閥值；否，則進入步驟十六；是，則進入步驟十七；步驟十六暫不考慮衛(wèi)星節(jié)點對(vi，vj)之間的業(yè)務相關性，并返回步驟二；步驟十七利用網(wǎng)絡鏈路穩(wěn)定性度量函數(shù)S刪除多層衛(wèi)星網(wǎng)絡中的冗余星間鏈路；步驟十八得到基于五向量數(shù)學模型描述的G＝(V，E，F(xiàn)，L，S)多層衛(wèi)星網(wǎng)絡穩(wěn)定分群拓撲結構。2.根據(jù)權利要求1所述的基于五向量數(shù)學模型的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡穩(wěn)定分群方法，其特征在于步驟二中開銷函數(shù)為F二拳)}=KTtra,ij(t)，Bij(t)M(i，j二l，...，N)，它是表示一個周期內鏈路(Vi，Vj)GE的開銷函數(shù)；其中，T^,ij(t)表示鏈路的傳播時延；Bij(t)=Wij(t)/Cij表示帶寬利用率，表示衛(wèi)星節(jié)點對(Vi，Vj)的鏈路容量；Wij(t)表示以衛(wèi)星節(jié)點Vi為源節(jié)點衛(wèi)星Vj為目的節(jié)點或中繼節(jié)點的傳輸業(yè)務負載；根據(jù)全球業(yè)務的周期統(tǒng)計分布W(t)和衛(wèi)星節(jié)點的周期運動軌跡R時刻衛(wèi)星Vi和Vj的業(yè)務相關性ru(t)(i，j=1，...，N)。<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中，Wi表示衛(wèi)星Vi的總業(yè)務負載；W表示衛(wèi)星Vi中來自其他異構網(wǎng)絡的業(yè)務負載；將開銷函數(shù)F簡化為周期函數(shù)F二(fij(tM，滿足關系fij(t)二fij(t+KTs)(K=0，1，...，①)，且當衛(wèi)星節(jié)點Vi和Vj不存在直接鏈路時，fij(t)=①。3.根據(jù)權利要求1所述的基于五向量數(shù)學模型的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡穩(wěn)定分群方法，其特征在于步驟十一中此時的網(wǎng)絡拓撲結構所要滿足的最短路由表長度約束條件是參量L和M應滿足下面公式中的對稱關系<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中，L表示多層衛(wèi)星網(wǎng)絡分群結構的邏輯層數(shù)，邏輯層數(shù)的變化范圍從O到L-l層；M表示最高邏輯層L-l層內的分群個數(shù)，其中，第1層的衛(wèi)星可以與1-1(1=1，...，L-l)層衛(wèi)星建立層間星間鏈路。4.根據(jù)權利要求1所述的基于五向量數(shù)學模型的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡穩(wěn)定分群方法，其特征在于步驟十二中的C。k表示多層衛(wèi)星網(wǎng)絡拓撲穩(wěn)定性和最短路由表長度要求下所必須滿足的最小穩(wěn)定性閥值；網(wǎng)絡粘連度I為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中，E(G)表示多層衛(wèi)星網(wǎng)絡的鏈路集合；|U|表示冗余星間鏈路數(shù)；m(G-U)表示衛(wèi)星網(wǎng)絡G-U中最大連通子群內的衛(wèi)星節(jié)點數(shù)；"(G-U)表示衛(wèi)星網(wǎng)絡G-U中非連通子群數(shù)目；I(G)描述鏈路集合U對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響程度。5.根據(jù)權利要求1所述的基于五向量數(shù)學模型的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡穩(wěn)定分群方法，其特征在于步驟十七的利用網(wǎng)絡鏈路穩(wěn)定性度量函數(shù)S刪除多層衛(wèi)星網(wǎng)絡中的冗余星間鏈路，根據(jù)多層衛(wèi)星網(wǎng)絡中星間鏈路的失效性與系統(tǒng)時延抖動的關系，給出衛(wèi)星網(wǎng)絡的穩(wěn)定性度量函數(shù)S;衛(wèi)星網(wǎng)絡的穩(wěn)定性度量函數(shù)S=sjt(t)的通用表達式定義如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中，Tval表示不同服務質量要求下，網(wǎng)絡允許的最大時延變化；C。k表示多層衛(wèi)星網(wǎng)絡拓撲穩(wěn)定性和最短路由表長度要求下所必須滿足的最小穩(wěn)定性閥值；1表示網(wǎng)絡粘連度；Tmit表示多層衛(wèi)星網(wǎng)絡中單位業(yè)務的平均時延；AT皿it表示單位業(yè)務的時延抖動；Tuit表示多層衛(wèi)星網(wǎng)絡中單位業(yè)務的平均時延，T皿it定義如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，Tt。^表示網(wǎng)絡業(yè)務的總時延；Ttr^t表示業(yè)務傳輸時延，由業(yè)務負載和鏈路(vs，vt)的帶寬利用率決定；T,s表示衛(wèi)星節(jié)點s處的排隊時延，由節(jié)點的單服務臺排隊模型確定；TPr。,s表示衛(wèi)星節(jié)點s處的處理時延，假設其滿足負指數(shù)分布特性；ATunit表示單位業(yè)務的時延抖動，單位業(yè)務的時延抖動AT皿it滿足下面等式，即基于最小時延變化條件下的鏈路刪減模型<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>其中，C/和Ctj分別表示與節(jié)點vs和vt具有i跳和j跳以內距離的衛(wèi)星節(jié)點集；SS表示該兩集合的重疊衛(wèi)星集合；公式三中的<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>表示鏈路(vs，vt)的失效必須滿足穩(wěn)定性要求C。中關于連通度K>1的條件；d表示衛(wèi)星節(jié)點、和Vt所處子群中不同節(jié)點間所具有的最大跳數(shù)；Th。p表示群內單跳平均傳播時延；^^,,和^\,,分別表示從衛(wèi)星集合Ss到vs和Vt的總業(yè)務量；W二(Wi(t))表示衛(wèi)星節(jié)點i的業(yè)務負載。根據(jù)公式一、公式三中的<formula>formulaseeoriginaldocumentpage4</formula>，檢測出各個子群中具有較小業(yè)務時延抖動影響的冗余鏈路進行刪除，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡的優(yōu)化分群。全文摘要基于五向量數(shù)學模型的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡穩(wěn)定分群方法。它涉及無線電通信領域中的衛(wèi)星網(wǎng)絡分群方法。它解決了現(xiàn)有衛(wèi)星網(wǎng)絡拓撲穩(wěn)定性、衛(wèi)星節(jié)點路由存儲開銷和衛(wèi)星網(wǎng)絡的業(yè)務時延之間存在的矛盾問題。它采用描述多層衛(wèi)星網(wǎng)絡拓撲性質的五向量數(shù)學模型并利用鏈路穩(wěn)定性度量函數(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的優(yōu)化配置；采用定量分析不同星間鏈路對網(wǎng)絡穩(wěn)定性貢獻程度和衛(wèi)星節(jié)點或鏈路失效對網(wǎng)絡時延變化影響的方法，根據(jù)網(wǎng)絡穩(wěn)定性度量函數(shù)和同群或鄰群衛(wèi)星間優(yōu)化連接關系，減小網(wǎng)絡平均最短路由表長度并提高網(wǎng)絡拓撲結構的穩(wěn)定性。本發(fā)明的方法能夠應用到空天地一體化信息網(wǎng)絡中的多層衛(wèi)星網(wǎng)絡環(huán)境。文檔編號H04B7/185GK101764639SQ20091007344公開日2010年6月30日申請日期2009年12月17日優(yōu)先權日2009年12月17日發(fā)明者劉曉鋒,周牧,徐玉濱,王振永,郭慶,顧學邁申請人:哈爾濱工業(yè)大學