[發明專利]基于離散子拓撲序列和遺傳算法的衛星層間拓撲重構方法

在審

• 申請號: 201610993462.7
• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN106792959A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 唐飛龍;陳靜;李書坤;李旭;陳龍
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04W36/32
• 分類號: H04W36/32;H04W84/06
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司31236
• 代理人: 郭國中

1.一種基于離散子拓撲序列和遺傳算法的衛星層間拓撲重構方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：根據衛星相對運動的內在規律，借助滑動窗口方法尋找靜態子拓撲及該靜態子拓撲的存活時間，并構建離散子拓撲時間序列；

步驟2：在離散子拓撲時間序列的基礎上，統籌考慮所有LEO-MEO衛星所有的邊的重構，利用遺傳算法將LEO-MEO衛星層間子拓撲作為個體，采用順序權重進行順序編碼，產生初始種群；

步驟3：將時域壽命和重構代價雙重指標線性和作為適應度函數進行遺傳算子操作，并在每次遺傳算子操作迭代完成后對初始種群進行修正操作；

步驟4：根據時域約束的異步進化終止條件，并累計適應度值，得到最優個體及該最優個體祖先構成的最穩定的拓撲重構過程。

2.根據權利要求1所述的基于離散子拓撲序列和遺傳算法的衛星層間拓撲重構方法，其特征在于，所述步驟1包括：

步驟1.1：根據衛星相對運動的內在規律，為每顆LEO衛星建立時間線，根據所連接的MEO衛星進行分段；其中，衛星相對運動的內在規律是指：盡管衛星的運動軌道不同，但是每一顆衛星都是進行周期性運動，從而使得任意兩顆衛星之間相對運動軌跡也呈周期性，將其中一顆衛星看成靜態時，能夠動態計算另一個衛星距離遠點的距離，從而判斷任意兩顆衛星的可見時間段；

步驟1.2：用窗口截取各LEO衛星的時間線；具體地，設窗口的起始時間是0時刻，而窗口的截止時間從0時刻開始逐漸增大，直到某一時間點，窗口中的某個LEO衛星切換到某一MEO衛星時，則窗口停止增大，當前窗口內的層間衛星拓撲即為對應時間段的靜態子拓撲；

步驟1.3：將窗口從起始位置移動到當前截止時刻，截止位置從當前時刻開始增大直到出現某個LEO衛星切換到某一MEO衛星時，則停止切換；

步驟1.4：判斷系統周期是否完成，若完成則結束，得到系統周期內的層間拓撲的離散子拓撲時間序列，并執行步驟2；若未完成，則返回執行步驟1.3。

3.根據權利要求1所述的基于離散子拓撲序列和遺傳算法的衛星層間拓撲重構方法，其特征在于，所述步驟1中的滑動窗口方法是指：為各LEO衛星建立時間線，標注不同時間段上所連接的MEO衛星，用窗口截取各LEO衛星的時間線，獲得窗口對應時間段內的各LEO與MEO衛星的連接情況。

4.根據權利要求1所述的基于離散子拓撲序列和遺傳算法的衛星層間拓撲重構方法，其特征在于，所述步驟2還包括：針對邊的各項參數，所述各項參數包括：角度、維持時間長度、距離；將單條LEO-MEO邊的單項參數值減去所有LEO-MEO邊的該單項參數數值中的最小值的差，所述差再除以所有邊的該單項參數值的最大值與最小值之間的差，得到的結果作為單條LEO-MEO邊的單項權重，然后根據實際網絡性能對邊的各參數依賴情況建立映射函數，以各單項權重為函數參數，計算順序權重，根據單項權重進行順序編碼，產生初始種群。

5.根據權利要求1所述的基于離散子拓撲序列和遺傳算法的衛星層間拓撲重構方法，其特征在于，所述步驟3中的適應度函數為遺傳算子操作迭代過程中子代拓撲壽命指標與重構代價指標之和；其中，壽命指標是該個體壽命在系統周期中所占的比重；重構代價是指當前個體與其父代個體相比，重構的鏈路數量占鏈路數量的比值。

6.根據權利要求1所述的基于離散子拓撲序列和遺傳算法的衛星層間拓撲重構方法，其特征在于，所述步驟3中的遺傳算子操作是指：采用順序編碼的方式消除個體在時域上的異質性，但是仍會引入不存在的邊，因而在遺傳算法執行過程中，需要對種群進行修正操作；

修正操作就是檢查種群是否有不存在的個體，若存在不存在個體，將其中不存在的邊更換成LEO衛星在當前時刻能夠建立的維持時間最長的ILISL，保證種群中所有個體均有效。

7.根據權利要求1所述的基于離散子拓撲序列和遺傳算法的衛星層間拓撲重構方法，其特征在于，所述步驟4中的時域約束的異步進化終止是指：在進化過程中，將當代子拓撲的消亡時刻作為時域約束條件，個體的消亡時刻達到或超過系統周期，意味著對應個體已經經歷了系統周期，則終止該個體的進化，并統計該個體的累計適應度函數值，將該個體及對應所有祖先的適應度函數值進行累計求和，求和的結果作為最后的篩選標準。

8.根據權利要求1所述的基于離散子拓撲序列和遺傳算法的衛星層間拓撲重構方法，其特征在于，所述步驟4中選擇累計適應度函數值最大的個體及該個體對應的祖先，該個體即為最優個體，而該個體在進化過程中所有出現的祖先及該個體自身即為動態拓撲的離散子拓撲的時間序列，表征了動態拓撲的演化過程，也就是在系統周期中，層間拓撲的重構過程。