[發明專利]分布式衛星云霧網絡架構及能耗約束下的時延優化方法

有效

• 申請號: 201710424109.1
• 申請日: 2017-06-07
• 公開（公告）號: CN107343025B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 發明（設計）人: 任智源;何秀麗;張海林;程文馳;陳晨
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L29/08
• 分類號: H04L29/08;H04W28/02;H04W28/08;H04W84/06;H04W84/08
• 代理公司: 北京世譽鑫誠專利代理有限公司 11368
• 代理人: 仲伯煊

本發明屬于通信技術領域，具體涉及分布式衛星云霧網絡架構及能耗約束下的時延優化方法。分布式衛星云霧網絡架構，包括衛星霧層、接入層和云計算層。能耗約束下的時延優化方法，包括以下步驟：(1)構建分布式衛星云霧網絡架構的無向圖G＝(V,E)；(2)構建能耗約束下的時延優化模型；(3)確定能耗約束條件下的時延優化策略。

技術領域

本發明屬于通信技術領域，具體涉及分布式衛星云霧網絡架構及能耗約束下的時延優化方法。

背景技術

在天地一體化網絡中，衛星承擔了大量信息的獲取、傳輸和分發功能，具有重要的作用。但是，隨著科技的不斷進步，許多國家全球性或全天候的應用使得衛星任務越來越復雜，而功能單一、相互孤立的衛星網絡架構已不能滿足用戶對業務的實時性需求。因此，隨著衛星編隊技術的發展，逐漸發展出現了分布式衛星技術，由多顆小衛星編隊飛行組成一個分布式衛星網絡，協作完成航天任務，可以在功能和成本上取代甚至超越原有的單顆大衛星。

目前，分布式衛星主要承擔數據采集、通信和導航等功能，而海量數據的處理和分析過程則依賴“地基”層中的地面數據處理中心完成。

為了高效地存儲和處理衛星傳回地面站的數據，專家學者們將云計算技術引入到地面應用系統，在地面站部署計算集群，構建數據處理的云平臺，利用網絡資源虛擬化技術構成資源池，存儲和處理衛星轉發來的數據，為用戶提供集約化的計算服務。然而，衛星采集的數據傳回地面云數據中心進行計算、分析產生的通信開銷很大，時延較高，無法有效支撐如抗災救險、作戰攻擊等時延敏感型業務。

發明內容

發明目的：為了解決衛星采集的數據傳回地面云數據中心進行計算、分析帶來的高傳輸時延問題，同時提高衛星網絡的抗毀性，即本發明的第一個目的在于公開了分布式衛星云霧網絡架構。本發明的第二個目的在于公開能耗約束下的時延優化方法。

技術方案：分布式衛星云霧網絡架構，包括：

衛星霧層，用于提供通信服務、測繪服務和作戰指揮，接收衛星用戶的請求，利用采集的數據進行本地分布式計算處理任務，并將處理結果直接反饋給衛星用戶；

接入層，包括多個地面接收站，地面接收站與所述衛星霧層通過電磁波通信互聯；

云計算層，與地面接收站通信互聯，用于處理一部分來自衛星用戶的業務請求，并且負責衛星霧層的網絡管理，控制衛星編隊，輔助衛星編隊飛行，均衡衛星霧層的負載。

進一步地，衛星霧層包括：

多個偵查衛星，與相鄰的衛星通過無線通信互聯，用于搜集地面目標、海洋目標和空中目標的信息，對目標實施偵查、監視和跟蹤，獲取情報，同時進行分布式計算處理用戶請求；

多個通信衛星，與相鄰的衛星通過無線通信互聯，用于轉發無線電信號，實現兩個衛星通信地球站之間或衛星通信地球站與航天器之間的無線電通信，同時進行分布式計算處理用戶請求；

多個遙感衛星，與相鄰的衛星通過無線通信互聯，用于收集并記錄地球或大氣目標輻射或反射的電磁波信息，由信啟設備、傳輸設備發送回地面進行處理和加工，判讀地球環境、資源和景物信息，同時進行分布式計算處理用戶請求。

進一步地，所述云計算層由多個部署了云計算技術的服務器組成集群。

能耗約束下的時延優化方法，用于均衡上述分布式衛星云霧網絡架構的衛星霧層的負載，包括以下步驟：

(1)構建分布式衛星云霧網絡架構的無向圖G＝(V,E)，其中：

V＝{S₁，S₂，...，S_i，...，S_k，C}為頂點集，頂點S_i代表衛星霧層中的衛星，頂點C表示云計算層；