[發明專利]一種天地一體化智能網絡衛星節點部署方法

有效

• 申請號: 202011329918.2
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112469047B
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 楊力;潘成勝;孔志翔;石懷峰;何兆斌
• 申請（專利權）人: 大連大學
• 主分類號: H04W16/18
• 分類號: H04W16/18;H04W84/06
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 李猛

本發明公開了一種天地一體化智能網絡衛星節點部署方法，包括以下步驟：建立數學模型；建立網絡分簇算法；建立人工蜂群算法。本發明采用人工蜂群優化算法，結合網絡分簇算法，提出一個基于人工蜂群的智能衛星節點優化部署算法。該算法充分考慮了衛星節點的高動態性，結合衛星運行軌跡具有周期性、衛星連接度有限、衛星可視范圍有限等特點，以部署最少的智能衛星節點，達到整體邊緣服務有效服務覆蓋率最高。本發明可通過部署最少的智能衛星節點，為其它衛星節點以及偏遠地區的地面用戶提供更加全面的邊緣計算服務。進而有效減少了數據的傳輸距離，降低了衛星系統的傳輸時延。可以為今后星上邊緣服務系統的部署提供一定的幫助。

技術領域

本發明涉及天地一體化智能網絡衛星節點部署策略以及移動邊緣計算技術，特別是一種天地一體化智能網絡中智能衛星節點部署方法。

背景技術

隨著衛星網絡技術的不斷發展，具有星間鏈路的低軌衛星網絡以其龐大的部署規模以及較低的部署成本，已經能夠實現全球移動通信的無縫式覆蓋。然而隨著物聯網技術的不斷發展、信息化程度不斷增加，以及天基接入網中的星座規模不斷增大、拓撲結構不斷復雜，導致了星上的計算任務隨之增加。傳統將計算任務傳輸到高軌衛星計算或是經高軌衛星轉發到地面數據中心的計算模式，會造成極高的傳輸時延，無法滿足越來越多實時性應用的需求。因此，急需一項新技術來解決衛星網絡中傳輸時延過高的問題。

移動邊緣計算的核心理念是將計算任務盡可能的放置在離數據源最近的計算資源上運行，從而有效減少計算系統的傳輸時延，緩解云計算中心的壓力。移動邊緣計算技術以其卓越的實時性和連通性，已經解決了很多傳統云計算中存在的問題，受到了越來越多的研究人員的青睞。但是已有的相關研究都是針對地面網絡。衛星節點具有高動態性，拓撲結構幾乎每時每刻都在變化，因此需要結合衛星節點的高動態性特點，設計一個算法來解決天地一體化智能網絡中智能衛星節點的部署問題。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種能滿足一體化衛星網絡高動態性、衛星節點連接度有限特點的基于邊緣計算的天地一體化智能網絡衛星節點部署方法。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種天地一體化智能網絡衛星節點部署方法，包括以下步驟：

A、建立數學模型

天地一體化智能網絡包含地基網、天基接入網和天基骨干網，所述的天基接入網由多顆協同工作的低軌衛星即LEO衛星構成；選取部分LEO衛星節點搭載邊緣服務器，充當智能衛星節點，以便在天基接入網中建立一套智能衛星網絡系統，為其他LEO衛星節點以及部分地面用戶提供可靠的邊緣服務。為了更好地研究天地一體化智能網絡中智能衛星節點的部署問題，下面采用D＝{d₁,d₂,…,d_a}表示智能衛星網絡中的所有低軌衛星節點。令R＝|D|為天基接入網中衛星節點的個數，d_a為第a個衛星節點的初始位置信息；X＝{x₁,x₂,…,x_n}表示天地一體化智能網絡中的智能衛星節點的部署策略、簡稱部署策略X，令N為部署的智能衛星節點的總個數，x₁～x_n分別表示選取的N顆智能衛星節點的編號，且n＝N。其中1≤x_n≤R，表示在天地一體化智能網絡中的R個衛星節點中，第x_n個衛星節點為智能衛星節點。

B、建立網絡分簇算法

網絡分簇算法是計算智能衛星節點部署策略適應度的算法。該算法的功能是在已知智能衛星節點的部署策略X以及低軌衛星層中各衛星節點信息的情況下，計算出對應部署策略X的邊緣服務有效覆蓋率。以此來評價對應部署策略X的適應度，為接下來的人工蜂群算法提供部署策略X的評價指標。所述衛星節點信息包括具體坐標、軌道參數、運行周期和衛星節點連接度。