一種基于核度積的衛(wèi)星信息系統(tǒng)拓撲結構優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及衛(wèi)星信息系統(tǒng)拓撲結構分析方法，特別是一種基于核度積的衛(wèi)星信息 系統(tǒng)拓撲結構優(yōu)化方法。
【背景技術】
[0002] 衛(wèi)星信息系統(tǒng)拓撲結構對于衛(wèi)星信息系統(tǒng)總體設計有著及其重要的作用，傳統(tǒng)的 衛(wèi)星工程是借助經驗對衛(wèi)星信息系統(tǒng)拓撲結構進行分析優(yōu)化，缺乏定量的分析方法。傳統(tǒng) 的拓撲結構分析體系包括節(jié)點度、介度、緊密性、連通度和平均最短路徑長度等測度指標。 節(jié)點的節(jié)點度就是連接這個節(jié)點的鏈接數(shù)，節(jié)點的介度等于穿過這個節(jié)點的最短路徑數(shù)， 如果一個節(jié)點有著很大的節(jié)點度和介度，該節(jié)點對于這個網(wǎng)絡是重要的，節(jié)點的緊密性是 這個節(jié)點到網(wǎng)絡其余節(jié)點的平均最短路徑的倒數(shù)，緊密型越小，那么該節(jié)點就距離其它節(jié) 點越近，對于這個網(wǎng)絡更重要。
[0003]上述傳統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲結構研宄均以無差異節(jié)點和鏈路假設為前提，未考慮節(jié)點本身 在整個系統(tǒng)中的功能和處理能力等方面差異，如果應用到衛(wèi)星信息系統(tǒng)中，其分析結果與 實際情況會有很大的偏差。例如，在衛(wèi)星復雜信息系統(tǒng)中，采用主從多機通信機制，即總線 通信的節(jié)點中存在一個主控節(jié)點，主控節(jié)點通過總線收集系統(tǒng)其余節(jié)點的信息，完成信息 組織后，再通過其它連接方式交給拓撲中某些節(jié)點，從而完成信息采集和指令發(fā)送任務。另 外，衛(wèi)星信息系統(tǒng)中除總線拓撲外還存在局部星型、樹形、線性等拓撲結構，因此系統(tǒng)中主 控節(jié)點不是唯一固定的，在衛(wèi)星信息系統(tǒng)拓撲結構不改變的情況下存在多種工作模式，不 同工作模式下某些從節(jié)點可以切換為主控節(jié)點。由此可見，衛(wèi)星復雜信息系統(tǒng)拓撲結構是 靈活的，因此為了更好的優(yōu)化設計衛(wèi)星信息系統(tǒng)拓撲結構，需要考慮節(jié)點本身在整個系統(tǒng) 中的功能和處理能力等方面差異，進一步優(yōu)化拓撲結構。
【發(fā)明內容】
[0004] 本發(fā)明解決的技術問題是：克服現(xiàn)有技術的不足，提供了一種考慮節(jié)點在衛(wèi)星信 息系統(tǒng)中功能和處理能力差異的基于核度積的衛(wèi)星信息系統(tǒng)拓撲結構優(yōu)化分析方法。
[0005] 本發(fā)明的技術解決方案是：一種基于核度積的衛(wèi)星信息系統(tǒng)拓撲結構優(yōu)化方法， 包括如下步驟：
[0006] (1)將衛(wèi)星信息系統(tǒng)中的功能單元作為節(jié)點，將衛(wèi)星信息系統(tǒng)中功能單元之間的 鏈路作為邊，得到衛(wèi)星信息系統(tǒng)對應的有向圖；
[0007] (2)計算有向圖中各個節(jié)點的廣義度為k= (l_e)ka+k。，其中，ka為在有向圖 中與該節(jié)點連接的邊的個數(shù)，ke=eK，K是有向圖中所有節(jié)點的節(jié)點度的最大值，e= ￡ f+ ￡ m+ ￡ t，
[0008]
【主權項】
1. 一種基于核度積的衛(wèi)星信息系統(tǒng)拓撲結構優(yōu)化方法，其特征在于包括如下步驟： (1) 將衛(wèi)星信息系統(tǒng)中的功能單元作為節(jié)點，將衛(wèi)星信息系統(tǒng)中功能單元之間的鏈路 作為邊，得到衛(wèi)星信息系統(tǒng)對應的有向圖； (2) 計算有向圖中各個節(jié)點的廣義度為k= (l-e)ka+k。，其中，ka為在有向圖中與該節(jié) 點連接的邊的個數(shù)，k。= εΚ，Κ是有向圖中所有節(jié)點的節(jié)點度的最大值，ε = ε f+em+et，
其中，IUild表示當前節(jié)點作為根節(jié)點時在有向圖中的子節(jié)點數(shù)，
是有向圖中 各個節(jié)點分別作為根節(jié)點時在有向圖中子節(jié)點數(shù)的和，N為有向圖中的節(jié)點總數(shù)，αι，α2， α α 4, α5, α6e [〇, 1]且α ι+α2+α6= 1，主控節(jié)點為控制各節(jié)點之間進行信息交互的節(jié) 點，備用節(jié)點為主控節(jié)點的備份，其余節(jié)點為普通節(jié)點； (3) 計算有向圖中各個節(jié)點的節(jié)點核度積
其中，Se為有向圖中所有節(jié)點相互通信的最短路徑長度，為節(jié)點i被孤立后有向 圖中所有節(jié)點相互通信的最短路徑長度，Ie是有向圖中邊的總數(shù)，是節(jié)點i被孤立后有 向圖中邊的總數(shù)，i = 1，2,3，，，N; (4) 計算有向圖中節(jié)點i與節(jié)點j之間的最短路徑的重要性為
其中，1 = 1，2,3，，，1」=1，2,3，，，1^且;[乒」，1(11，￥)為節(jié)點11與節(jié)點￥之間的路由權 重總量，
R表示從節(jié)點u到節(jié)點V最短路徑上的所有節(jié)點集合，Wij (u, V) 表示在從節(jié)點i到節(jié)點j之間的最短路徑\失效時從節(jié)點u到節(jié)點V的路由權重總量； (5) 如果節(jié)點的節(jié)點核度積小于設定節(jié)點核度積閾值，則該節(jié)點為短板節(jié)點，否則該節(jié) 點為正常節(jié)點，遍歷有向圖中的所有節(jié)點得到短板節(jié)點的集合并記為Dl ;依次將有向圖中 兩節(jié)點之間的所有最短路徑重要性與設定路徑重要性閾值比對，如果路徑的重要性小于設 定路徑重要性閾值，則該路徑為短板路徑，否則該路徑為正常路徑，遍歷有向圖中所有兩點 之間的最短路徑后得到短板路徑的集合后，提取所有短板路徑中的節(jié)點，并得到集合D2; (6)將集合D1、集合D2都包含的節(jié)點作為待優(yōu)化節(jié)點，在每一個待優(yōu)化節(jié)點附近添加 一個備用節(jié)點，并將備用節(jié)點分別連接至當前待優(yōu)化節(jié)點的相鄰節(jié)點；所述相鄰節(jié)點為在 有向圖中通過邊與當前節(jié)點相連的節(jié)點。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種基于核度積的衛(wèi)星信息系統(tǒng)拓撲結構優(yōu)化方法，其特征 在于：所述的 α 丨=〇· 6，α 2= 0· 2，α 3= 〇，α 4= 〇· 2，α 5= 〇，α 6= 〇· 2。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的一種基于核度積的衛(wèi)星信息系統(tǒng)拓撲結構優(yōu)化方法，其 特征在于：所述的設定節(jié)點核度積閾值為0. 3,設定路徑重要性閾值為0. 3。
【專利摘要】一種基于核度積的衛(wèi)星信息系統(tǒng)拓撲結構優(yōu)化方法，首先將衛(wèi)星信息系統(tǒng)抽象得到其對應的有向圖，再引入廣義度的概念并計算有向圖中各個節(jié)點的廣義度，然后計算有向圖中各個節(jié)點的節(jié)點核度積及鏈路的重要性，最后依次比對有向圖中所有節(jié)點的節(jié)點核度積與設定節(jié)點核度積閾值、有向圖中兩節(jié)點之間的所有最短鏈路重要性與設定鏈路重要性閾值，得到拓撲結構中待優(yōu)化節(jié)點并進行優(yōu)化。本發(fā)明方法與現(xiàn)有技術相比，通過引入廣義度來區(qū)分各個節(jié)點的重要性，不僅考慮各個節(jié)點的度或介度，還考慮節(jié)點和鏈路在拓撲結構中的重要性，能夠更準確全面的對整個拓撲結構進行優(yōu)化。
【IPC分類】H04B7-185, H04L12-24
【公開號】CN104869017
【申請?zhí)枴緾N201510217920
【發(fā)明人】張弓, 鄭晉軍, 楊聰偉, 王雪旸, 劉欣萌, 姜竹清, 武向軍, 胡偉, 畢少筠, 劉安邦
【申請人】北京空間飛行器總體設計部
【公開日】2015年8月26日
【申請日】2015年4月30日